Evaluierung der therapeutischen Effizienz neutraler Serinproteasen zur pulmonalen Infektabwehr mykobakterieller Infektionen in der Maus
Final Report Abstract
Die Tuberkulose stellt nach wie vor die weltweit häufigste zum Tode führende bakterielle Infektionskrankheit dar. Gerade vor dem Hintergrund stetig zunehmender Antibiotika-resistenter Tuberkulose-Fälle ist die Entwicklung neuer Therapiestrategien zwingend erforderlich. Wir konnten unter Nutzung von selektiv gendefizienten Mäusen zeigen, dass neutrophile Granulozyten und die von ihnen produzierten neutralen Serinproteasen Cathepsin G (CtsG) und Neutrophilen Elastase (NE) an der Erreger- Elimination während der Frühphase der pulmonalen Infektion mit M. bovis BCG bzw. am Überleben M. tuberculosis-infizierter Mäuse beteiligt sind. Da gerade die frühe Begrenzung der mykobakteriellen Keimausbreitung in der Lunge für einen positiven Verlauf der Tuberkulose entscheidend ist, sollte im vorliegenden DFG-Projekt evaluiert werden, ob sich die antimykobakteriellen Eigenschaften von CtsG und NE therapeutisch zur Bekämpfung mykobakterieller Infektionen der Lunge nutzen lassen. Zunächst wurde humanes, aufgereinigtes CtsG und NE in Liposomen verpackt, weil CtsG und NE zum einen bei intrapulmonaler Freisetzung Gewebeschädigungen der Lunge (wie zum Beispiel in der COPD) verursachen können, zum anderen aber auch vor endogenen Protease-Inhibitoren der Lunge geschützt werden müssen. Um das therapeutische Potential der beiden Serinproteasen in der Behandlung der Tuberkulose zu evaluieren, erhielten M. bovis BCG oder M. tuberculosis infizierte Wildtyp-Mäuse intratracheal repetitive Gaben von CtsG/NE-beladenen Liposomen oder PBS-haltigen Kontroll-Liposomen. Wir konnten zeigen, dass sich Liposomen mit CtsG und NE beladen lassen und dass die beiden neutralen Serinproteasen auch nach der Verpackung in Liposomen weiterhin enzymatisch aktiv sind. Die Inkubation von primären murinen Alveolarmakrophagen mit CtsG/NE-Liposomen in vitro resultierte in der intrazellulären Akkumulation von CtsG und NE Protein in Alveolarmakrophagen. Darüber hinaus konnten wir mittels konfokaler Laser-Scanning- und Elektronenmikroskopie zeigen, dass intratracheal applizierte CtsG/NE-Liposomen in M. bovis BCG-infizierten Mäusen mit den Mykobakterien im selben phagosomalen Kompartiment der Alveolarmakrophagen kolokalisieren. Die repetitive, therapeutische Gabe von CtsG/NE-Liposomen reduzierte zudem signifikant die mykobakteriellen Keimlasten in der Lunge. Im M. tuberculosis Infektionsmodell der Maus konnten hingegen keine Unterschiede in der Erreger-Elimination per se sowie auch nach CtsG/NE-Liposomen Therapie beobachtet werden. Die Gründe hierfür sind gegenwärtig noch unklar. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass mit den untersuchten neutralen Serinproteasen CtsG und NE zumindest im Maus-Modell der M. bovis BCG-Infektion therapeutische Effekte erzielt werden konnten.
Publications
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Cathepsin G and Neutrophil Elastase contribute to lung-protective immunity against mycobacterial infections in mice. Journal of Immunology 188:4476-4487, 2012
Kathrin Steinwede, Regina Maus, Jennifer Bohling, Sabrina Voedisch, Armin Braun, Matthias Ochs, Andreas Schmiedl, Florian Länger, Francis Gauthier, Jürgen Roes, Tobias Welte, Franz C. Bange, Michael Niederweis, Frank Bühling and Ulrich A. Maus
