Pathogen-spezifische Signaltransduktion in der Milchdrüsen Epithel Zelle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wir haben in diesem Projekt die herausragende Rolle der Milchdrüsenepithelzelle (MEC) als Wächterzelle und für die Aktivierung der Immunabwehr im Euter herausgearbeitet. Nach Eindringen der Pathogene löst sie einen ersten Zytokinalarm aus und sezerniert gleichzeitig β‐Defensine als erste bakterizide Abwehrmoleküle. Ihre hohe Immunkompetenz unterstreichend zeigt sie auch das Phänomen der LPS‐induzierten Immuntoleranz, so wie es bisher hauptsächlich von Makrophagen als professionellen Immunzellen bekannt war. Die Stärke der durch E. coli in der MEC hervorgerufenen Immunantwort ist proportional der Keimdosis. Nach Reizung mit E. coli erfolgt sie immer stärker und schneller als nach Stimulation mit S. aureus und wird dominiert von der TLR‐MyD88 abhängigen Signaltransduktion. Die MAPK (ERK1/2, p38, JNK1/2) wirken modulierend. Die Transkriptionsfaktoren der NF‐κB und C/EBP Familien sind von zentraler Bedeutung für die Regulation der Immunantwort, auch in der MEC. Sie üben Zelltyp‐ und Gen‐spezifisch differenzierte, manchmal antagonistische, Funktionen aus. Für die Aktivierung der β‐Defensigen‐Expression im Euter ist die Auflockerung des Chromatins an den Promotoren notwendig, um den NF‐κB p65 Faktoren Zugang zum Promotor zu gewähren. Zusammen mit dem Nachweis, dass Chromatinkompaktierung und DNA‐Methylierung am αS1‐Casein Promotors während der akuten E. coli Mastitis zur Abschaltung der Caseinsynthese führen, sind dies die ersten sicheren Hinweise auf eine Beteiligung epigenetischer Mechanismen an der Regulation der Immunantwort im Euter. Die Immunantwort der MEC auf Kontakt mit S. aureus Pathogenen (lebende Keime oder inaktivierte Partikel; verschiedene Isolate geprüft) verläuft immer ohne substantielle Aktivierung von NF‐κB Faktoren. Hier ist die MyD88‐abhängige Signaltransduktion blockiert, unterhalb der Aktivierung der TIR Domänen der TLR‐Rezeptoren (TLR2 & 4) und oberhalb der IκBα Degradierung. Dieses Vermeiden der NF‐κB Aktivierung nach S. aureus Kontakt ist spezifisch für den MEC Phänotyp, denn sowohl in Makrophagen als auch in heterologen humanen embryonalen Nierenzellen (Linie HEK293) bewirkt S. aureus Kontakt NF‐κB Aktivierung. Die S. aureus spezifische Immunantwort der MEC wird von dem „Master‐Zytokin“ IL6 dominiert, nicht jedoch durch TNF‐α oder IL1 Faktoren und durch die Aktivität von den MAPK entscheidend reguliert. Diese tragen in Gen‐spezifisch differenzierter Weise zur Induktion der Zytokingenexpression bei. Für einige Gene (IL6, CXCL8) könnte ihre expressionssteigernde Wirkung ausschließlich auf mRNA Stabilisierung und nicht auf Promotoraktivierung beruhen. In globalen Transkriptomprofilierung wurden in MEC keine spezifisch durch S. aureus regulierte Gene gefunden. In Makrophagen induziert S. aureus eine Immunantwort, die von der TLR‐MyD88‐abhängigen NF‐γB Aktivierung getragen wird. Die Zyotkingeninduktion ist hier quantitativ etwas schwächer, qualitativ jedoch äquivalent derjenigen, die durch E. coli hervorgerufen wird. Der modulierende Einfluss des Wachstumsmediums auf die Immunantwort der MEC legt nahe, dass ihre Pathogen‐spezifische Differenzierung durch Vorgänge an der Zellmembran mitbestimmt wird. Deren Verständnis wird essentiell sein für die Entwicklung von Interventionsstrategien zur Verstärkung der Immunabwehr im Euter der Kuh gegen Mastitiserreger der Spezies S. aureus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006): DNA-remethylation around a STAT5-binding enhancer in the far distal αS1-casein promoter is associated with abrupt shutdown of αS1-casein synthesis during acute mastitis J. Mol. Endo. 37, 463-477
J. Vanselow, W. Yang, J. Herrmann, H. Zerbe, H.-J. Schuberth, W. Petzl, W. Tomek, H.-M. Seyfert
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(2006): NF-κB factors are essential, but not the switch, for pathogen-related induction of the bovine β-Defensin 5-encoding gene in Mammary Epithelial Cells. Mol.Immunol. Vol 43/3, 210-225
Yang W., Molenaar A., Kurts-Ebert B., and H.-M. Seyfert
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(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(2):18
W. Petzl, H. Zerbe, J. Günther, W. Yang, H.-M. Seyfert, G. Nürnberg, H.-J. Schuberth
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2008. Bovine TLR2 and TLR4 properly transduce signals from S. aureus and E. coli, but S. aureus fails to both activate NF-κB in Mammary Epithelial Cells and to quickly induce TNFα and Interleukin-8 (CXCL8) expression in the udder. Mol Immunol 45(5):1385-97
W. Yang, H. Zerbe, W. Petzl, R. M. Brunner, J. Günther, C. Draing, S. von Aulock, H.-J. Schuberth, H.-M. Seyfert
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(2009) Assessment of the immune capacity of mammary epithelial cells: Comparison with mammary tissue after challenge with Escherichia coli. , Vet. Res, 40 (4):31
Günther, J.; Koczan, D.; Yang, W.; Nürnberg, G.; Repsilber, D.; Schuberth, H.-J.; Park, Z.; Mcbool, N.; Molenaar, A.; & Seyfert, H.-M.
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(2010) Stimulated expression of TNF-α and IL-8, but not of β-defensin reflects the concentration of pathogens contacting bovine Mammary Epithelial Cells. Vet. Immunol. Immunopath 135, 152-157
J. Günther, S. Liu, K. Esch, H.-J. Schuberth & H.-M. Seyfert
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(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.
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(2011) Lingual Antimicrobial Peptide and IL-8 expression are oppositely regulated by the antagonistic effects of NF-κB p65 and C/EBPβ in Mammary Epithelial Cells. Mol. Immunol 48, 895-908
S. Liu, X. Shi, I. Bauer, J. Günther, H.-M. Seyfert
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(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
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(2012): Lipopolysaccharide priming enhances expression of effectors of immune defence while decreasing expression of proinflammatory cytokines in Mammary Epithelia Cells from cows. BMC Genomics 13:17
J. Günther, W. Petzl, H. Zerbe, H.-J. Schuberth, D. Koczan, L. Goetze, H.- M. Seyfert
