Analysis of pathomechanisms of immune reconstitution inflammatory syndrome in Cryptococcus neoformans-infected mice
Final Report Abstract
Die Infektion mit dem opportunistischen fungalen Erreger Cryptococcus neoformans kann in immungeschwächten Individuen nicht adäquat kontrolliert werden und eine lebensbedrohliche Hirnhautentzündung hervorrufen. Maßnahmen der Immunrekonstitution, wie z.B. die antiretrovirale Therapie (ART) von Patienten, die mit dem Humanen Immundefizienz-Virus (HIV) infiziert sind, zielen darauf ab, den Schutz vor opportunistischen Infektionen wiederherzustellen. Allerdings kann die rasche Aufhebung einer Immunsuppression im Kontext einer Kryptokokken-Infektion ein pathologisches Entzündungsgeschehen hervorrufen, das als C. neoformans-assoziiertes Immunrekonstitution-Inflammationssyndrom (Kryptokokken-IRIS) bezeichnet wird. Kryptokokken-IRIS stellt ein gravierendes medizinisches Problem mit hoher Morbidität und Mortalität dar. Bislang ist wenig über die Pathogenese bekannt. Die Behandlung beschränkt sich daher aktuell auf die Gabe von Kortikosteroiden, die aufgrund ihrer breiten immunsupprimierenden Wirkung jedoch wiederum für opportunistische Infektionen prädisponieren. Um diesen Teufelskreis zu durchbrechen, müssen gezielte Therapieansätze entwickelt werden. Dazu ist eine detaillierte Untersuchung der auslösenden immunpathologischen Mechanismen notwendig. Im Rahmen des Projektes wurden das erste Tiermodells für Kryptokokken-IRIS etabliert und systematisch die zellulären und molekularen Mediatoren von Kryptokokken-IRIS in der Tiefe charakterisiert. Dazu wurden Lymphozyten-defiziente RAG-1-/- Mäuse mit C. neoformans infiziert und vier Wochen später durch adoptiven Zelltransfer immunrekonstituiert. Der alleinige Transfer von CD4 T+ -Zellen induziert eine für Kryptokokken-IRIS charakteristische granulomatöse Entzündung sowie die systemische Freisetzung der proinflammatorischen Zytokine Interleukin (IL)-12p70, Interferon (IFN)-γ, IL-6 und Tumornekrosefaktor (TNF)-α. Die CD4+ T-Zellen werden in C. neoformans-infizierten RAG-1-/- Rezipienten infektionsabhängig aktiviert und konnten als Quelle von IFN-γ identifiziert werden. Somit konnte durch den Transfer von zur IFN-γ-Produktion unfähigen (IFN- γ-/-) CD4+ T-Zellen in C. neoformans-infizierte RAG-1-/- Mäuse die Relevanz dieses proinflammatorischen Zytokins für die Induktion von Kryptokokken-IRIS untersucht werden. Interessanterweise zeigen auch C. neoformans-infizierte RAG-1-/- Rezipienten von IFN-γ-/- CD4+ T- Zellen einen raschen Gewichtsverlust und eine granulomatöse Entzündung. Das lässt darauf schließen, dass IFN-γ allein für die Induktion von Kryptokokken-IRIS nicht entscheidend ist. Die Zytokinspiegel von IL-12p70, TNF-α und IL-6 im Serum unterscheiden sich nicht zwischen C. neoformans-infizierten RAG-1-/- Rezipienten von IFN-γ-/- und Wildtyp CD4+ T-Zellen. Diese proinflammatorischen Zytokine stellen somit potentielle molekulare Mediatoren von Kryptokokken-IRIS dar. Mikrogliazellen könnten ebenfalls an der Pathogenese beteiligt sein. Sie weisen infolge der Rekonstitution von CD4+ T-Zellen, unabhängig von deren Fähigkeit zur IFN-γ-Produktion, in C. neoformans-infizierten RAG-1-/- Rezipienten eine erhöhte Transkription von CXCL10 auf, das chemotaktisch auf T-Zellen wirkt. Damit einhergehend findet sich in C. neoformans-infizierten RAG-1-/- Mäusen eine verstärkte Rekrutierung der Donor-CD4+ T-Zellen ins Gehirn. Des Weiteren nehmen die CD4+ T-Zellen in C. neoformans-infizierten RAG-1 -/- Rezipienten einen aktivierten Phänotyp an, der sich anhand der erhöhten Expression des Oberflächenrezeptors CD69 widerspiegelt. Damit liefert das Projekt wichtige Erkenntnisse bezüglich zellulärer und molekularer Mediatoren von Kryptokokken-IRIS. Der Beitrag wurde für das Cover der Dezemberausgabe 2015 des European Journal of Immunology ausgewählt. Basierend darauf können weiterführende Experimente zur Identifizierung neuer immunmodulatorischer Therapieansätze beitragen, die wiederum im Kryptokokken-IRIS-Mausmodell getestet werden können.
Publications
- „Cryptococcus neoformans-related Immune Reconstitution Inflammatory Syndrome (IRIS): Analysis of Pathomechanisms in a mouse model“ EMBO Workshop on AIDS-related Mycoses. Cape Town, South Africa. 2013
Eschke M
- „Cryptococcus neoformans-related Immune Reconstitution Inflammatory Syndrome (IRIS): Analysis of Pathomechanisms in a mouse model“ Nationale Forschungsplattform für Zoonosen, Junior Scientist Zoonoses Meeting, 2013
Eschke M, Richter T, Piehler D, Grahnert A, Schulze B, Müller U, Köhler G, and Alber G
- AIDS-related mycoses: the way forward. Trends Microbiol. 2014 Mar;22(3):107-9
Brown GD, Meintjes G, Kolls JK, Gray C, Horsnell W; Working Group from the EMBO-AIDS Related Mycoses Workshop., Achan B, Alber G, ... Eschke M, ... Yang YL
(See online at https://doi.org/10.1016/j.tim.2013.12.008) - A novel experimental model of Cryptococcus neoformansrelated Immune Reconstitution Inflammatory Syndrome (IRIS) provides insights into pathogenesis. Eur J Immunol, 2015;45(12):3339-50
Eschke M, Piehler D, Schulze B, Richter T, Grahnert A, Protschka M, Müller U, Köhler G, Höfling C, Rossner S, and Alber G
(See online at https://doi.org/10.1002/eji.201545689)
