Neutrophil extracellular traps (NETs)

Antimikrobielle „neutrophil extracellular traps“ (NETs) wurden vor kurzem als ein neuer Mechanismus des angeborenen Immunsystems im Kampf gegen eindringende Pathogene beschrieben. Die Bildung von NETs kann durch mehrere Pathogene oder verschiedene pro-inflammatorische Mediatoren induziert werden. NETs bestehen aus einem DNA-Grundgerüst, assoziiert mit Histonen, Proteasen und antimikrobiellen Peptiden (AMPs). Nach der Entlassung in den extrazellulären Raum können Pathogene eingefangen und immobilisiert werden. Das Ziel dieser Arbeit war, Mechanismen zur Bildung von NETs, bakteriell-vermittelte Degradation der NETs sowie Maßnahmen des Wirtes zum Schutz gegen die Degradation durch Bakterien zu untersuchen.             Zuerst wurden verschiedene Mechanismen zur Bildung von NETs untersucht. Dabei zeigte sich, dass das Cathelicidin LL-37 in der Lage ist, NETs zu induzieren. Dies war möglich in der Anwesenheit von Stimuli, wie Phorbol-myristat-actetat oder hitze-inaktivierten S. aureus, oder auch ohne weiteren Stimulus. Die Hydrophobizität des Peptids spielte dabei eine wichtige Rolle, denn es konnte gezeigt werden, dass hydrophobe Fragmente von LL-37 sowie das hydrophobe Peptid Polymyxin B ebenfalls in der Lage sind, NET Bildung zu induzieren. Mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie konnte gezeigt werden, dass LL-37 zur Kernmembran wandert, den Kernmembranmarker Lamin-B-Rezeptor verdrängt und folglich zur Zerstörung der Kernmembran führt.             Es wurde vermutet, dass die LL-37-vermittelte NETs Bildung mit der Lipidzusammensetzung der Membran im Zusammenhang steht. Antimikrobielle Peptide zeigen eine hohe Affinität zu Membranen mit niedrigem Cholesterolgehalt, wie zum Beispiel bakterielle Membranen. Daher wurde die Rolle von Cholesterol auf die NET Bildung untersucht. Das Entziehen von Cholesterol aus der neutrophilen Membran führte zum Freisetzen von dsDNA, sowie neutrophiler Elastase und anschließend zur Bildung von NETs. Auch die Depletierung von anderen Lipiden, wie Sphingomyelin führte zur NET Bildung. Es wurde vermutet, dass die Lipidmembranzusammensetzung wichtig für die NET Bildung ist.             Verschiedene Pathogene haben Mechanismen entwickelt, dem Einfangen und Abtöten durch die NETs zu entgehen. Dies wurde bereits für einige Gram-positive wie S. aureus, S. pyogenes, S. pneumoniae, sowie Gram-negative wie V. cholerae gezeigt. Dennoch ist wenig über die Interaktion von NETs mit Gram-negativen, gastrointestinale Infektionen auslösenden Pathogenen, bekannt. Aus diesem Grund wurden drei Y. enterocolitca Stämme (Serotypen O:9, O:8 und O:3) in ihrer Wechselwirkung mit NETs untersucht. Alle drei Stämme waren in der Lage die NET Bildung bei frühen Inkubationszeitpunkten (0,5 bis 1 h) zu induzieren. Dennoch war nach 3 h Ko-Inkubation eine Degradation der NETs zu beobachten. Dieser Effekt war Magnesium- und Calzium-Ionen-abhängig, was darauf schließen lässt, dass eine Nuklease der relevante Faktor für Y. enterocolitica sein könnte, der NETs degradiert.             Schließlich wurde untersucht, wie sich der Wirt gegen die Degradation durch bakterielle Nukleasen wehren kann. Das antimikrobielle Peptid LL-37 wurde in NETs nachgewiesen. Interessanterweise wurde gezeigt, dass LL-37 seine antimikrobielle Aktivität verliert, wenn es an DNA gebunden ist. In der vorliegenden Arbeit wurde beobachtet, dass LL-37 in der Lage ist, NETs gegen die Degradation durch die Nuklease von S. aureus zu stabilisieren. Auch konnte LL-37 humane blut-abstammenden DNA, sowie Kälberthymus-DNA vor dem Abbau durch verschieden bakterielle Nukleasen schützen, wie zum Beispiel mikrokokkale Nuklease von S. aureus, EndA von S. pneumoniae sowie Nukleasen von drei Gruppe A Streptokokken. Dieser beschützende Effekt korrelierte mit dem kationischen Charakter des Peptids. Andere kationische Peptide, wie HNP-1 und hBD-3 waren ebenfalls in der Lage, DNA vor Nuklease-vermittelter Degradation zu beschützen.