Rolle der sauren Ceramidase und von Sphingosin bei dem Zusammenspiel viraler und bakterieller Lungeninfekte

• Antragsteller: Professor Dr. Erich Gulbins
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329830312

Im Vorantrag konnten wir zeigen, dass Ceramid in bronchialen, trachealen und nasalen Epithelzellen von Mäusen bzw. Patienten mit zystischer Fibrose (CF) ceramidreiche Membrandomänen bildet, die β1-Integrin aggregieren, so dass β1-Integrin in CF-Epithelzellen ektopisch in der luminalen Membran exprimiert wird, während in gesunden Epithelzellen Integrine nur in basolateralen Kompartimenten lokalisieren. Die ektope Expression von β1-Integrin hemmt über eine Hochregulation von IRF8 die Expression der sauren Ceramidase in CF-Epithelzellen, was zu einer weiteren Akkumulation von Ceramid und einem Teufelskreis von β1-Integrin-Aggregation in der luminalen Membran, Hochregulation von IRF8 und verminderter Expression der sauren Ceramidase führt. Die verminderte Expression der sauren Ceramidase führt zu einer verminderten Bildung von Sphingosin, was die hohe Infektanfälligkeit von CF-Zellen gegen P. aeruginosa verursacht. Rekonstitution von Sphingosin, Normalisierung der zellulären Ceramidase oder Korrektur der ektopischen β1-integrin Expression in CF-Lungen normalisierte die Infektionsanfälligkeit von CF-Mäusen. Schließlich konnten wir zeigen, dass das saure Sphingomyelinase/Ceramid/saure Ceramidase/Sphingosin-System auch bei viralen Infektionen der Lunge eine wichtige Rolle spielt. Virale Infektionen sensitivieren über unbekannte Mechanismen häufig die Atemwege für nachfolgende bakterielle Infektionen oder die Exazerbation chronischer bakterieller Infekte. Bei CF-Patienten ist dies ein wichtiges klinisches Problem. Vorläufige Daten zeigen, dass pulmonale Infektionen mit Rhinoviren die bereits verminderte Expression der sauren Ceramidase und von Sphingosin in bronchialen Epithelzellen von CF-Mäusen noch stärker vermindern, was zu einer hohen Anfälligkeit gegenüber bakteriellen Pneumonien führt. Pulmonale Applikation saurer Ceramidase verhindert diese Pneumonien. Im vorliegenden Antrag soll die Rolle der sauren Ceramidase bei der Regulation viraler und bakterieller Infekte in CF-Lungen analysiert werden. Molekulare Mechanismen der hohen Infektanfälligkeit von Patienten mit zystischer Fibrose für bakterielle Infektionen als Konsequenz einer viralen Infektion werden bestimmt. Basierend auf unseren Daten, 1. werden molekulare Mechanismen, die die verminderte Expression der sauren Ceramidase nach rhinoviralen Infektionen vermitteln, identifiziert. 2. Die funktionelle Bedeutung der verminderten Expression der sauren Ceramidase nach rhinoviralen Infektionen für die Sensitivierung von CF Mäusen und humaner Bronchialzellen für nachfolgende P. aeruginosa und S. aureus Infektionen wird analysiert. Es wird untersucht, ob eine Rekonstitution saurer Ceramidase in CF-Epithelzellen bakterielle Super-Infektionen nach vorhergehenden pulmonalen Infekten von CF-Mäusen mit Rhinoviren verhindert. 3. Die Funktion von Sphingosin und Ceramid bei bakteriellen Pneumonien von CF-Zellen bzw. Mäusen nach einer primären rhinoviralen infektion wird charakterisiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen