Untersuchung der zellulären und molekularen Mechanismen der Interaktion von Bakterien und Phagozyten mit der porcinen und humanen Blut-Liquor-Schranke in vitro
Final Report Abstract
Ein entscheidender Schritt in der Pathogenese der bakteriellen Meningitis ist das Eindringen von Erregern in das zentrale Nervensystem (ZNS). Als Eintrittspforte in das ZNS wird neben der bereits gut untersuchten Blut-Hirn-Schranke (BHS) ebenso die Blut-Liquor-Schranke (BLS) diskutiert. Wie Bakterien und Phagozyten mit den Epithelzellen des Plexus choroideus, der strukturellen Basis der BLS, interagieren, ist dagegen bisher nicht näher wissenschaftlich bearbeit worden. In eigenen Untersuchungen konnte in einem in vitro-BHS-Modell bislang gezeigt werden, dass der schweine- und humanpathogene Erreger Streptococcus suis (S. suis) die Barrierefunktion von porcinen choroidalen Plexusepithelzellen (PCPEC) beeinträchtigen kann. In Mikroarray-Analysen wurde die zelluläre Antwort von PCPEC auf die bakterielle Infektion untersucht. Diese Studien zeigten, dass die Epithelzellen des Plexus choroideus durch Produktion von Zytokinen und Chemokinen (u.a. TNFα, IL-6 und IL-8) zur inflammatorischen Antwort des Wirtsorganismus beitragen können. Wir konnten außerdem demonstrieren, dass durch die Inhibition von Apopotose mittels zVAD als auch durch Dexamethason die durch TNFa induzierte Berriereschädigung protektiv beeinflusst werden kann. Welche bakteriellen Komponenten und Wirtsfaktoren die Invasion und Translokation von S. suis durch die BLS begünstigen, konnte mit Hilfe eines neu etablierten „Umkehrkultur“-Modells im Transwell-Filtersystem gezeigt werden. In diesem Modell wurde erstmalig die Keim-Wirt-Interaktion von der pathogenetisch besonders relevanten basolateralen Seite des Plexusepithels („Blutseite“) analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass Invasion und Translokation von S. suis durch das Plexusepithel bevorzugt von der basolateralen Seite und abhängig von dem Virulenzfaktor Kapsel und des PI3K-Signalweges erfolgt. Eine durch Subkultivierung generierte porcine Zelllinie (PCP-R) steht zukünftig für vergleichende Experimente zur Verfügung. In einem neu entwickelten humanen BLS Model mit humanen choroidalen Plexuspapillomzellen (HIBCPP) konnten wir zeigen, dass N. meningitidis, mit der häufigste Erreger der akut bakteriellen Meningitis, wie S. suis die Plexusepithelzellen polar invadiert und die Invasionsrate wesentlich abhängig von dem Vorhandensein einer Kapsel ist. Die Untersungen der Phagozytentransmigration im porcinen BLS Model zeigte eine signifikante Transmigrationsrate nach bakterielle Stimulation. Diese war abhängig von CD11b/18. Insbesondere in elektronenmikroskopischen Analysen konnte eine bislang nicht beschriebene Form der transzellulären Transmigartion über „Trichter“ beobachtet werden. Diese Form der Transmigration lässt die Barrierfunktion von PCPC nahezu unbeeinträchtigt. Im Gegensatz dazu induzierte im humanen BLS System der humanpathogene Meningitiserreger N. meningitidis sowohl eine para-, also auch transzellular TEM von PMN und Monozyten. Die TEM von PMN und Monozyten war dabei unterschiedlich reguliert. Diese Untersuchungen ermöglichen zum einen neue grundsätzliche Einblicke in die Pathogenese der Meningitis, eröffnen zum anderen aber auch Perspektiven für therapeutische, diagnostische und präventive Strategien.
Publications
- Polar bacterial invasion and translocation of Streptococcus suis across the blood-cerebrospinal fluid barrier in vitro. Cell Microbiol 2009; 11:323-336
Tenenbaum T., T. Papandreou, D. Gellrich, U. Friedrichs, A. Seibt, R. Adam, C. Wewer, H. J. Galla, C. Schwerk, and H. Schroten
- TNFalpha induces choroid plexus epithelial cell barrier alterations by apoptotic and nonapoptotic mechanisms. J Biomed Biotechnol 2010; 2010:307231
Schwerk C., K. Rybarczyk, F. Essmann, A. Seibt, M.L. Mölleken, P. Zeni, H. Schroten, T. Tenenbaum
- In vitro transcriptome analysis of porcine choroid plexus epithelial cells in response to Streptococcus suis: release of pro-inflammatory cytokines and chemokines. Microb Infect 2011; 13:953-962
Schwerk, C., Adam, R., Borkowski, J., Schneider, H., Klenk, M., Zink, S., Quednau, N., Schmidt, N., Stump, C., Sagar, A., Spellerberg, B., Tenenbaum, T., Koczan, D., Klein- Hitpass, L., and Schroten, H.
- Transcellular migration of neutrophil granulocytes through the blood-cerebrospinal fluid barrier after infection with Streptococcus suis. J Neuroinflammation 2011;8:51
Wewer C., A. Seibt, H. Wolburg, L. Greune, M.A. Schmidt, J. Berger, H.J. Galla, U. Quitsch, C. Schwerk, H. Schroten, T. Tenenbaum
- A novel porcine in vitro model of the blood-cerebrospinal fluid barrier with strong barrier function. PLos ONE 2012;.7:e39835
Schroten, M., Hanisch, F.G., Quednau, N., Stump, C., Riebe, R., Lenk, M., Wolburg, H., Tenenbaum, T., and Schwerk, C.
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0039835) - Polar Invasion and Translocation of Neisseria meningitidis and Streptococcus suis in a Novel Human Model of the Blood-Cerebrospinal Fluid Barrier. PLoS ONE 2012;7:e30069
Schwerk C., T. Papandreou, D. Schuhmann, L. Nickol, J. Borkowski, U. Steinmann, N. Quednau, C. Stump, C. Weiss, J. Berger, H. Wolburg, H. Claus, U. Vogel, H. Ishikawa, T. Tenenbaum, H. Schroten
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0030069) - Transmigration of polymorphnuclear neutrophils and monocytes through the human blood-cerebrospinal fluid barrier after bacterial infection in vitro. J Neuroinflammation. 2013; 10:31
Steinmann U, Borkowski J, Wolburg H, Schröppel B, Findeisen P, Weiss C, Ishikawa H, Schwerk C, Schroten H, Tenenbaum T.
(See online at https://doi.org/10.1186/1742-2094-10-31)
