Authors:	Crauwels, Peter
Title:	The interaction of Leishmania major parasites with human myeloid cells and its consequence for adaptive immunity
Online publication date:	31-Jul-2015
Year of first publication:	2015
Language:	english
Abstract:	In der vorliegenden Arbeit fokussierten wir uns auf drei verschiedene Aspekte der Leishmanien-Infektion. Wir charakterisierten den Prozess des Zelltods „Apoptose“ bei Parasiten (1), untersuchten die Eignung von Makrophagen und dendritischen Zellen als Wirtszelle für die Entwicklung der Parasiten (2) und analysierten die Konsequenzen der Infektion für die Entstehung einer adaptiven Immunantwort im humanen System. Von zentraler Bedeutung für dieses Projekt war die Hypothese, dass apoptotische Leishmanien den Autophagie-Mechanismus ihrer Wirtszellen ausnutzen, um eine T-Zell-vermittelte Abtötung der Parasiten zu vermindern.rnWir definierten eine apoptotische Leishmanien-Population, welche durch eine rundliche Morphologie und die Expression von Phosphatidylserin auf der Parasitenoberfläche charakterisiert war. Die apoptotischen Parasiten befanden sich zudem in der SubG1-Phase und wiesen weniger und fragmentierte DNA auf, welche durch TUNEL-Assay nachgewiesen werden konnte. Bei der Interaktion der Parasiten mit humanen Makrophagen und dendritischen Zellen zeigte sich, dass die anti-inflammatorischen Makrophagen anfälliger für Infektionen waren als die pro-inflammatorischen Makrophagen oder die dendritischen Zellen. Interessanterweise wurde in den dendritischen Zellen jedoch die effektivste Umwandlung zur krankheitsauslösenden, amastigoten Lebensform beobachtet. Da sowohl Makrophagen als auch dendritische Zellen zu den antigenpräsentierenden Zellen gehören, könnte dies zur Aktivierung der T-Zellen des adaptiven Immunsystems führen. Tatsächlich konnte während der Leishmanien-Infektion die Proliferation von T-Zellen beobachtet werden. Dabei stellten wir fest, dass es sich bei den proliferierenden T-Zellen um CD3+CD4+ T-Zellen handelte, welche sich überraschenderweise als Leishmanien-spezifische CD45RO+ T-Gedächtniszellen herausstellten. Dies war unerwartet, da ein vorheriger Kontakt der Spender mit Leishmanien als unwahrscheinlich gilt. In Gegenwart von apoptotischen Parasiten konnte eine signifikant schwächere T-Zell-Proliferation in Makrophagen, jedoch nicht in dendritischen Zellen beobachtet werden. Da sich die T-Zell-Proliferation negativ auf das Überleben der Parasiten auswirkt, konnten die niedrigsten Überlebensraten in dendritischen Zellen vorgefunden werden. Innerhalb der Zellen befanden sich die Parasiten in beiden Zelltypen im Phagosom, welches allerdings nur in Makrophagen den Autophagie-Marker LC3 aufwies. Chemische Induktion von Autophagie führte, ebenso wie die Anwesenheit von apoptotischen Parasiten, zu einer stark reduzierten T-Zell-Proliferation und dementsprechend zu einem höheren Überleben der Parasiten.rnZusammenfassend lässt sich aus unseren Daten schließen, dass Apoptose in Einzellern vorkommt. Während der Infektion können sowohl Makrophagen, als auch dendritische Zellen mit Leishmanien infiziert und das adaptive Immunsystem aktivert werden. Die eingeleitete T-Zell-Proliferation nach Infektion von Makrophagen ist in Gegenwart von apoptotischen Parasiten reduziert, weshalb sie im Vergleich zu dendritischen Zellen die geeigneteren Wirtszellen für Leishmanien darstellen. Dafür missbrauchen die Parasiten den Autophagie-Mechanismus der Makrophagen als Fluchtstrategie um das adaptive Immunsystem zu umgehen und somit das Überleben der Gesamtpopulation zu sichern. Diese Ergebnisse erklären den Vorteil von Apoptose in Einzellern und verdeutlichen, dass der Autophagie-Mechanismus als potentielles therapeutisches Ziel für die Behandlung von Leishmaniose dienen kann.rn In this study we focused on three biological aspects of Leishmania infection. We focused (1) on characterizing the cell death process “apoptosis” in parasites, (2) on defining the suitability of human primary macrophages and dendritic cells as host cells for Leishmania parasites and (3) on assessing the consequence of infection for development of an adaptive immune response. Central in this project was the hypothesis that apoptotic Leishmania exploit the host´s autophagy machinery to reduce T cell mediated parasite elimination. rnAmong Leishmania, we defined an apoptotic population, which was characterized by a round shaped morphology and phosphatidylserine exposure. In addition, apoptotic parasites contained less DNA as they were in the SubG1 phase and DNA was fragmented, as assessed by a TUNEL assay. During interaction with human macrophages and dendritic cells, we found the anti-inflammatory macrophages to be more susceptible for infection then proinflammatory macrophages and dendritic cells. Interestingly, in the latter cell type, Leishmania parasites developed most efficiently in the disease propagating amastigote life stage. As both macrophages and dendritic cells are antigen presenting cells, antigens may be presented to activate T cells of the adaptive immune system. Indeed, during Leishmania infection, T cell proliferation was induced. These T cells were characterized as CD3+CD4+ T cells, surprisingly comprising Leishmania specific memory CD45RO+ T cells obtained from previously unexposed individuals. Furthermore, dependent on the apoptotic parasite entry in macrophages – but not in dendritic cells – a significant lower T cell proliferation was observed. As a consequence, proliferation restricted intracellular parasites survival the strongest in dendritic cells. Investigating the intracellular fate of apoptotic parasites, we found them to reside in a phagosome decorated with the autophagy marker LC3 in macrophages – but not in dendritic cells. By linking autophagy to T cell proliferation we demonstrated that chemical induction of autophagy, preceding Leishmania infection, also strongly reduced T cell proliferation and enhanced parasite survival. rnIn all, our data suggest apoptosis also to occur in single-celled organisms. During infection, both macrophages and dendritic cells are susceptible, activating the human adaptive immune system. The induced proliferation is reduced in the presence of apoptotic parasites in macrophages, defining macrophages to be more suitable as host cells to dendritic cells. In macrophages, apoptotic Leishmania misuse the host cells´ autophagy machinery as an immune evasion mechanism, to reduce T cell proliferation by which the overall population´s survival is guaranteed. These findings explain the benefit of apoptosis in a single-celled parasite and define the host´s autophagy pathway as a potential therapeutic target in treating Leishmaniasis.rn
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1230
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-41284
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen