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URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-12252
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2003/1225/


Untersuchungen zur Modulation intraepithelialer Lymphozyten des Rindes durch Shigatoxin 1 von Escherichia coli

Investigation of the modulation of bovine intraepithelial lymphocytes by Shiga toxin 1 produced by Escherichia coli

Blessenohl, Maike


pdf-Format: Dokument 1.pdf (1.274 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Rind , intraepitheliale Lymphozyten , Escherichia coli , Stx1
Freie Schlagwörter (Englisch): cattle , intraepithelial lymphocytes , Escherichia coli , stx1
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Hygiene und Infektionskrankheiten der Tiere
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.07.2003
Erstellungsjahr: 2003
Publikationsdatum: 24.09.2003
Kurzfassung auf Deutsch: Persistent infizierte Rinder sind das wichtigste Reservoir für humanpathogene Shigatoxin-bildende E. coli. Da Lymphozyten aus dem peripheren Blut von Rindern sensitiv für Shigatoxin 1 (Stx1) sind, sollte in dieser Arbeit der Frage nachgegangen werden, ob Stx1 über eine Modulation der spezifischen Immunzellen in der intestinalen Mukosa die Persistenz der bovinen STEC-Infektion begünstigt. Zu diesem Zweck wurden intraepitheliale Lymphozyten (IEL) aus dem Ileum von Rindern ex vivo bezüglich ihrer Oberflächenantigene charakterisiert. Insbesondere wurden die Zellen durchflusszytometrisch auf die Expression von Stx1-Rezeptoren (Gb3/CD77) sowie die Fähigkeit zur Bindung der B-Untereinheit des Toxins untersucht und die Zusammensetzung der IEL-Subpopulationen mit der aus Zäkum und Kolon verglichen. In vitro wurde der Einfluss von gereinigtem Stx1 auf die Transformation ilealer IEL zu Blasten und die Aktivität Natürlicher Killerzellen ermittelt. Schließlich wurde die Transkription verschiedener Zytokingene, die für eine TH1- bzw. TH2-Immunantwort typisch sind bzw. chemotaktische Eigenschaften haben, in An- und Abwesenheit von Stx1 unter Verwendung einer semiquantitativen rt-PCR miteinander verglichen.

Bovine IEL exprimierten sowohl direkt nach ihrer Isolierung als auch nach 3tägiger Inkubation den Stx1-Rezeptor Gb3/CD77 auf allen IEL-Subpopulationen. Die Expression funktioneller Stx1-Rezeptoren wurde durch die Fähigkeit zur Bindung von rStxB1 bestätigt. Die Zusammensetzung der IEL in Zäkum und Kolon unterschied sich nur geringfügig von der ilealer IEL. Letztere wiesen einen geringfügig höheren Anteil von B-Zellen und CD4+ T-Zellen zu Lasten der CD8+ und der gamma-delta T-Zellen auf. In allen untersuchten Darmabschnitten konnten jedoch Gb3/CD77+ IEL nachgewiesen werden. In Anwesenheit von Stx1 zeigten die IEL eine verminderte Vitalität und Transformationsrate. Obwohl bestimmte IEL-Subpopulationen nach 3 Tagen Inkubation mit Stx1 Gb3/CD77 zu einem höheren Prozentsatz exprimierten als andere (CD4+, CD21+), waren alle Zellen gleichermaßen von der Stx1-induzierten Reduktion der Transformation und des Anteils vitaler non-Blasten betroffen. Stx1 beeinflusste die Natürliche Killerzell-Aktivität boviner IEL zwar nicht, hatte aber eine modulierende Wirkung auf die Produktion von spezifischer Zytokin-mRNA. Der Effekt von Stx1 auf die Transkription von IL-2, IL-10 und Interferon-gamma war bei IEL-Präparationen von verschiedenen Tieren individuell unterschiedlich. Allerdings konnte sowohl bei unstimulierten als auch bei PHA-P-stimulierten Zellen in der Mehrzahl der Präparationen nach Inkubation mit Stx1 eine verstärkte Transkription von IL-4 nachgewiesen werden. Gleichzeitig wurde die Produktion von IL-8 mRNA reduziert.

Bei der persistenten intestinalen Infektion von Rindern mit STEC stellen Zellen der lokalen spezifischen Immunabwehr somit Zielzellen für Stx1 dar. Da IEL Bestandteil des komplexen regulatorischen Netzwerks der intestinalen Mukosa sind, könnte Stx1 von den STEC dazu genutzt werden, die intestinale Homöostase auch in Anwesenheit pathogener Mikroorganismen aufrechtzuerhalten und damit sowohl histopathologisch nachweisbare Schäden zu vermeiden als auch die Persistenz der bovinen STEC-Infektion zu ermöglichen.
Kurzfassung auf Englisch: Persistently infected ruminants are the main reservoir of Shiga toxin-producing E. coli which can be pathogenic for humans. Since bovine PBMC are sensitive to Shiga toxin (Stx1), the goal of this study was to investigate if modulation of intestinal intraepithelial lymphocytic function by Stx1 supported persistent bovine STEC infection.
The expression of cell surface antigens on isolated ileal IEL was examined using flow cytometry. The expression of the toxin receptor Gb3/CD77, the binding of rStxB1 to IEL, and differences between the lymphocyte subpopulations of ileum, cecum and colon were all investigated. The influence of Stx1 on the ileal IEL transformation to blast cells and the activity of natural killer cells were also examined by flow cytometry. Additionally, the transcription of TH1 or TH2 cytokines/chemokines, and the chemotactic properties of these molecules were investigated in the absence and presence of Stx1 by semiquantitative rt-PCR.

After three days of in vitro incubation with Stx1, all bovine IEL subpopulations expressed Gb3/CD77 on their surfaces. The binding of rStxB1 on some IEL subpopulations proved that the receptor was functional. When ileal IEL were compared to IEL isolated from cecum and colon, no significant differences in the composition of lymphocyte subpopulations were observed. Ileal IEL revealed a marginal increase in CD4+ T-cells and B-cells in combination with a decrease in CD8+ and gamma-delta T-cells. Independent of their source, all IEL expressed Gb3/CD77 on their surface. After incubation with Stx1, CD77 was also still expressed on every IEL subpopulation analysed, but the percentage of cells that had transformed to blast cells and the viability of these cells was markedly decreased compared to the control. Although some IEL subpopulations expressed CD77 at a higher percentage than the other subpopulations analyzed (CD4+, CD21+), the Stx1-dependent decrease of transformed blast cells and viable non-blast cells could be detected in each lymphocyte subpopulation.
The transcription pattern of selected cytokine/chemokine genes was changed in the presence of Stx1. This modulation was heterogeneous for interleukin 2, interleukin 10 and interferon-gamma, suggesting a correlation to the individual state of activation of every animal studied. Interestingly, the transcription of the interleukin 4 gene was increased in most resting and activated cells while the transcription of interleukin 8 was decreased.
In contrast to the Stx1-induced changes in gene transcription and transformation obtained from IEL, the activity of natural killer cells was not influenced by the toxin.

IEL, as a component of the local intestinal specific immune defence, seem to be a potential target for Stx1. Since IEL are a part of the complex regulatory network of the intestinal mucosa, it seems possible that STEC utilise Stx1 to maintain the intestinal homeostasis. This may prevent the histopathologic damage caused by pathogenic bacteria and allow persistent STEC infection in ruminants.