Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Die Relevanz des CCAAT/enhancer binding protein [beta] in Mycobacterium avium Subspezies paratuberculosis infizierten RAW264.7 Makrophagen

Sommer, Sandra

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) is the etiological agent of paratuberculosis, characterized by a chronic, granulomatous, non-treatable enteritis with diffuse edema, anaemia and cachexia. Paratuberculosis occurs worldwide and is responsible for significant losses in the cattle and sheep industry. Therefore, it is considered to be one of the most serious diseases affecting dairy cattle. Although this is still highly controversial, MAP has been implicated as a causual or exacerbating agent in human Crohn`s disease. The persistence of MAP in the naive sub and intra epithelial macrophages of the gut, thereby preventing innate and adaptive immunity, seems to be of central pathophysiological significance. The cellular mechanisms which contribute to survival in macrophages, followed by persistence for several years with the outbreak of disease in a later stage of infection, are still poorly understood. Using molecular methods, this study examined MAP specific cellular mechanisms allowing modulation of macrophage activation compared to LPS. The results of this work demonstrate that MAP infection affects transcription factor C/EBPb protein expression post transcriptionally. Studies with inhibitors of main signaling pathways in macrophages demonstrated that IL-6 gene expression was dependent on C/EBPb protein expression. Furthermore, Ca2+ was identified as an essential second messenger for IL-6 gene and C/EBPb protein expression by inhibitor studies. In particular the MAP induced gene and protein expression profile could be mimicked by inhibiting Ca2+ release by TMB-8 in LPS stimulated RAW264.7 macrophages, whereas the LPS induced expression profile could be mimicked increasing Ca2+ with the calcium ionophore A23187 in MAP infected RAW264.7 macrophages. Therefore, modification of Ca2+ signaling by MAP seems to impede C/EBPb expression. Likely, the expression of proinflammatory genes such as IL-6 is modified to favour bacterial survival. Accordingly, the expression of IFN-g regulated genes which are dependent on transactivation by C/EBPb could be modified. Therefore, this molecular mechanism could be an important feature contributing to intracellular persistence of MAP in naive macrophages. However, future studies have to identify the mechanisms through which MAP influences Ca2+-depending signaling pathways.

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) ist der Erreger der Paratuberkulose der Rinder und kleinen Wiederkäuer. Die Krankheit ist durch eine chronische, granulomatöse, therapieresistente Enteritis mit diffusen Ödemen, Anämie und Auszehrung gekennzeichnet. Die Paratuberkulose ist weltweit verbreitet und ist von großer ökonomischer Bedeutung für die Rinder- und Schafhaltung. Die Krankheit zählt damit zu den wichtigsten Erkrankungen der Wiederkäuer. Zudem wird die ursächliche Bedeutung bzw. die Beteiligung von MAP für die Morbus Crohn Erkrankung des Menschen diskutiert. Von zentraler pathophysiologischer Bedeutung ist die Fähigkeit des Erregers, in den naiven sub- und intraepithelialen Makrophagen des Darms zu persistieren und somit der angeborenen und erworbenen Immunantwort zu entgehen. Die subzellulären Mechanismen, welche dazu beitragen, dass MAP in Makrophagen überlebt und somit im späteren Verlauf der Infektion zur Erkrankung führt, sind weitgehend ungeklärt. In dieser Arbeit wurden durch molekulargenetische und proteinbiochemische Methoden subzelluläre Regulationsmechanismen im Vergleich zu LPS untersucht, durch die es MAP gelingt die Makrophagenaktivierung zu modulieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass eine Infektion mit MAP eine gestörte Proteinexpression des Transkriptionsfaktors CCAAT/enhancer binding protein b  (C/EBPb) zur Folge hat. MAP beeinflusst dabei die C/EBPb Expression auf posttranskriptioneller Ebene. In Versuchen mit Hemmstoffen für Hauptsignalwege in Makrophagen konnte zudem eine direkte Abhängigkeit der IL-6 Genexpression von der C/EBPb Proteinexpression festgestellt werden. Weiterhin konnte Ca2+ als wesentlicher second messenger für die Makrophagenaktivierung identifiziert werden. So konnte mit dem Ca2+ Hemmstoff TMB-8 das MAP induzierte Gen- und C/EBPb Expressionsprofil in den LPS stimulierten RAW264.7 Makrophagen, bzw. mit der Erhöhung der [Ca2+]i durch das Kalziumionophor A23187 das LPS induzierte Bild in MAP infizierten RAW264.7 Makrophagen imitiert werden. MAP ist offensichtlich in der Lage über die Störung des Ca2+ Signalweges die C/EBPb Expression zu beeinflussen. In Folge moduliert die fehlende C/EBPb Expression offensichtlich die Genexpression von proinflammatorischen Genen, wie dem IL-6 Gen zu Gunsten des Erregers. C/EBPb vermittelt die IFN-g induzierte Genexpression, so dass möglicherweise auch eine Beeinflussung der Expression IFN‑g-regulierter Gene erfolgt. Damit wäre eine weitere Grundlage für die intrazelluläre Persistenz von MAP in naiven Makrophagen geschaffen. Der Mechanismus, über den MAP in der Lage ist  Ca2+-abhängige Signalwege zu beeinflussen, muss zukünftig näher untersucht werden.

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Sommer, Sandra: Die Relevanz des CCAAT/enhancer binding protein [beta] in Mycobacterium avium Subspezies paratuberculosis infizierten RAW264.7 Makrophagen. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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