Mastitismodell zur Analyse des initialen Erreger-Wirtskontaktes im distalen Milchdrüsenkompartiment
Final Report Abstract
Die Zitze ist die hauptsächliche Eintrittspforte für Mastitiserreger beim Rind. Ihre Beteiligung bei der Pathogen-Erkennung und Initiierung einer Pathogen-spezifischen Abwehrreaktion ist jedoch weitgehend unbekannt. Das in der 2. Förderperiode etablierte Tiermodell ist das erste seiner Art bei der Kuh und zeigt erstmalig in vivo die frühe Pathogen-spezifische und Kompartiment-abhängige Regulation immunrelevanter Gene im Euter- und Zitzengewebe auf. Der Versuchszeitraum war so kurz gewählt (3 h) dass keinerlei klinische Symptome eintraten. Hierdurch wurde vermieden, dass die einzelnen Euterviertel einer systemischen Regulation unterlagen. Durch wiederholte Untersuchung von Milchproben wurde die bakterielle Vermehrung analysiert. Hierbei konnte eine Vervielfachung von E. coli um durchschnittlich das 30-fache festgestellt werden, wohingegen sich S. aureus vergleichsweise schwach vermehrte (1,8-fach). Es konnte gezeigt werden, dass mRNA-Abundanzen ausgewählter immun-relevanter Kandidatengene nach Kontakt mit E. coli deutlich stärker und homogener ausfielen als nach Kontakt mit S. aureus. Hier waren CCL20 und CXCL8 sowohl nach Exposition mit E. coli, als auch mit S. aureus bereits nach 1 Stunde signifikant gesteigert, während IL-6 und TNF-α früh nur nach E. coli-Infektion nachgewiesen wurden. Hinsichtlich ihrer Reaktionsweise waren die Lokalisationen Zitzenzisterne und Drüsenzisterne vergleichbar und zeitlich dem Kompartiment „ventrales Drüsenparenchym“ vorgeschaltet. In dem erstmals für die bovine Zitze etablierten Explantkultursystem konnte gezeigt werden, dass bereits unmittelbar proximal des Strickkanals im Bereich der Fürstenberg’schen Rosette (FBR) Signale nach Kontakt mit LPS und LTA generiert werden können. Anhand morphometrischer Verfahren wurden die Gewebe-Explants der Zitzenzisterne (ZZ) und der FBR hinsichtlich ihrer Zusammensetzung eingehend untersucht. Die bereits im Tiermodell gezeigte Pathogen-spezifische Reaktion konnte hier für die beiden Lokalisationen ZZ und FBR anhand der Messung vom Transkripten immun-relevanter Kandidatengene bestätigt werden. Hierbei reagierten ZZ und FBR deutlich auf LPS- Stimulation und vergleichsweise schwächer auf LTA-Stimulation. Unter Hinzunahme funktioneller Studien (Chemotaxis) und ELISA konnte validiert werden, dass ZZ und FBR Syntheseorte früher immun-relevanter Faktoren sind. Es findet bereits dort eine Induktion proinflammatorischer und chemotaktischer Mediatoren statt, wie sie zeitlich nachgeschaltet auch im Drüsenparenchym zu beobachten ist. Das Explantkultursystem aus Geweben der bovinen Zitze eignet sich hierbei sehr gut als ein Modell zur Analyse früher Erreger-Wirt-Interaktionen bei der Mastitis. Es bietet dabei definierte in-vitro-Bedingungen, entspricht aber besser den morphologischen und funktionellen Gegebenheiten des Zellverbands in vivo als die Zellkultur. Als ergänzendes Instrument dient es auch zur Reduktion der weiterhin notwendigen Mastitismodell-Experimente am Tier.
Publications
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(2006) DNA-remethylation around a STAT5-binding enhancer in the far distal aS1-casein promoter is associated with abrupt shut-down of αS1-casein synthesis during acute mastitis. J Mol Endo 37:463-477
Vanselow J, Yang W, Herrmann J, Zerbe H, Schuberth HJ, Petzl W, Tomek W, Seyfert H-M
-
(2008) Bovine TLR2 and TLR4 properly transduce signals from S. aureus and E. coli, but S. aureus fails to both activate NF-kB in Mammary Epithelial Cells and to quickly induce TNFa and Interleukin-8 (CXCL8) expression in the udder. Mol Immunol 45:1385-1397
Yang W, Zerbe H, Petzl W, Brunner RM, Günther J, Draing C, von Aulock S, Schuberth HJ, Seyfert H-M
-
(2008) Escherichia coli, but not Staphylococcus aureus triggers an early increased expression of factors contributing to the innate immune defense in the udder of the cow. Vet Res 39:18
Petzl W, Zerbe H, Günther J, Yang W, Seyfert H-M, Nürnberg G, Schuberth HJ
-
(2009) Assessment of the immune capacity of mammary epithelial cells: Comparison with mammary tissue after challenge with Escherichia coli. Vet Res 40:31
Günther J, Koczan D, Yang W, Nürnberg G, Repsilber D, Schuberth HJ, Park Z, Mcbool N, Molenaar A, Seyfert H-M
-
(2010) Accurate and rapid flow cytometric leukocyte differentiation in low and high somatic cell count milk. Milk Sci Int 2010; 65:235-238
Mehne D, Drees S, Schuberth HJ, Sauter-Louis C, Zerbe H, Petzl W
-
(2010) Escherichia coli infection induces distinct local and systemic transcriptome responses in the mammary gland. BMC Genomics 11:138
Mitterhuemer S, Petzl W, Krebs S, Mehne D, Klanner A, Wolf E, Zerbe H, Blum H
-
(2010) Investigation of mammary blood flow changes by transrectal colour Doppler sonography in an Escherichia coli mastitis model. J Dairy Res 77:205-212
Potapow A, Sauter-Louis C, Schmauder S, Friker J, Nautrup CP, Mehne D, Petzl W, Zerbe H
-
(2010) Stimulated expression of TNF-a and IL-8, but not of b-defensin reflects the concentration of pathogens contacting bovine Mammary Epithelial Cells. Vet Immunol Immunopathol 135, 152-157
Günther J, Liu S, Esch K, Schuberth HJ, Seyfert H-M
-
(2010) The antibacterial psoriasin is induced by E. coli infection in the bovine udder. Vet Microbiol 143(2-4):293-298
Regenhard P, Petzl W, Zerbe H, Sauerwein H
-
(2011) Comparative kinetics of E. coli vs. S. aureus specific activation of key-immune pathways in Mammary Epithelial Cell: S. aureus elicits a delayed response dominated by IL-6, but not by IL-1A or TNF-α. Infect Immun 79:695-707
Günther J, Esch K, Poschadel N, Petzl W, Zerbe H, Mitterhuemer S, Blum H, Seyfert H-M
-
2011. Genomic and proteomic characterization of Staphylococcus aureus mastitis isolates of bovine origin. Proteomics 11:2491-2502
Wolf C, Kusch H, Monecke S, Albrecht D, Holtfreter S, von Eiff C, Petzl W, Rainard P, Bröker P, Engelmann S
-
(2012) Lipopolysaccharide pretreatment of the udder protects against experimental Escherichia coli mastitis. Innate Immun 18:467-477
Petzl W, Günther J, Pfister T, Sauter-Louis C, Goetze L, von Aulock S, Hafner-Marx A, Schuberth HJ, Seyfert HM, Zerbe H
-
(2012) Lipopolysaccharide priming enhances expression of effectors of immune defence while decreasing expression of pro-inflammatory cytokines in Mammary Epithelia Cells from cows. BMC Genomics 13:17
Günther J, Petzl W, Zerbe H, Schuberth HJ, Koczan D, Goetze L, Seyfert H-M
