Interaktion von humanen Granulozyten mit den Pilzen Candida albicans und Aspergillus fumigatus

Abstract

Da in unserer Umgebung der Kontakt sowohl zu Candida albicans als auch zu Aspergillus fumigatus unvermeidbar ist, muss das Immunsystem über effektive Mechanismen verfügen, um Infektionen durch diese Keime abzuwehren. Das Hauptanliegen der vorliegenden Arbeit war es daher, die relevanten Abwehrmechanismen von Immuneffektorzellen gegen diese Erreger zu identifizieren. Da Granulozyten in humanem Blut in großer Zahl vertreten sind und bei Infektionen zu den ersten Abwehrzellen vor Ort zählen, wurden diese phagozytischen Zellen und deren Regulation bei der Immunabwehr gegen den Hefepilz Candida albicans und als Vergleichsstamm gegen den Schimmelpilz Aspergillus fumigatus untersucht. Die Resultate dieser Arbeiten zeigten, dass humane Granulozyten eine starke Reaktion auf Keimschläuche sowohl von C. albicans als auch von A. fumigatus aufweisen. Dies konnte anhand einer erhöhten Sauerstoffradikalproduktion und einer engen und intensiven Kontaktaufnahme der Granulozyten zu den Keimschläuchen nachgewiesen werden. Bei näherer Betrachtung der Interaktion mit C. albicans zeigte sich, dass humane Granulozyten ein deutlich differenziertes Verhalten in Abhängigkeit von der vorliegenden Pilzmorphologie zeigen. Obwohl Granulozyten bei Hefen und Keimschläuchen eine vergleichbare Abtötungseffizienz erzielten, reagierten sie rein chemotaktisch kaum auf die Hefen, jedoch sehr stark auf Keimschläuche. Auch die Aktivierung der Effektormechanismen zur Bekämpfung von Hefen und Keimschläuchen bei Granulozyten scheint vollkommen unabhängig voneinander reguliert zu werden. Ausschließlich die filamentösen Pilzzellen von C. albicans, die mit Gewebsinvasionen assoziiert werden, aktivierten die MEK/ERK-Signalkaskade. Diese Kaskade resultiert in einer gezielten Mobilität, basierend auf Aktinumorganisation, in einer intensiven Kontaktaufnahme zwischen Granulozyten und C. albicans-Filamenten und schließlich in einer Abtötung der Pilzfilamente. Im Gegensatz dazu konnte eine Abtötung der Hefen unabhängig von der gezielten Granulozytenmobilität und einer Aktivierung der MEK/ERK-Signalkaskade nachgewiesen werden. Weiter konnte gezeigt werden, dass humane Granulozyten ihr Reaktionsprofil in Reaktion auf zusätzliche Stimuli aus der Umgebung variieren können. So erwies sich die Produktion von Sauerstoffradikalen nur bei einer effektiven Zusatzstimmulierung der Granulozyten als relevat bei der Abtötung von C. albicans-Hefen und -Keimschläuchen. Anhand der erhaltenen Resultate kann geschlussfolgert werden, dass zum einen humane Granulozyten spezifisch auf die jeweilige Morphologie von C. albicans und A. fumigatus zu reagieren vermögen und dass zum anderen Signale aus der Umgebung modulatorische Wirkung auf die Granulozytenreaktionen ausüben.

In our environment contact with Candida albicans and Aspergillus fumigatus is unavoidable. For this reason the immune system must possess effective defence mechanisms to antagonise infections by these microbes. Therefore the aim of this work was to identify relevant defence mechanisms of immune effector cells against Candida albicans and Aspergillus fumigatus. In human beings a huge fraction of circulating blood cells is formed by granulocytes. Granulocytes are also one of the first host cells recruited to the source of an infection. So these phagocytic cells and their regulation were analysed in defence to the yeast Candida albicans and in comparison to the mould Aspergillus fumigatus. Results of this work show, that human granulocytes create an intensive reaction in the presence of germ tubes of Candida albicans as well as of Aspergillus fumigatus. This was verified by monitoring an increased reactive oxygen intermediate production and a tight and intensive contact of the granulocytes with the germ tubes of the fungi. On closer examination of the interaction with Candida albicans, human granulocytes varied considerably in their reaction depending on the present morphotype of the fungus. Although human granulocytes achieved a comparable killing efficiency for both morphotypes of Candida albicans, they showed only a weak chemotactic reaction in the presence of yeast cells but a strong one in the presence of germ tubes. The activation of effector mechanisms for abatement also seemed to be controlled completely independently for yeast cells and germ tubes. The MEK/ERK-signalling pathway in human granulocytes was solely activated by the filamenous cells of Candida albicans associated with tissue invasion. Activation of this cascade resulted in a targeted mobility based on actin rearrangement. This was followed by an intensive contact between granulocytes and filaments of Candida albicans and finally by killing of the filaments. By contrast, the killing of yeast cells was shown to be independent of the targeted mobility of granulocytes and of an activation of the MEK/ERK-signalling pathway. In addition, it was proven that human granulocytes are able to vary their reaction profile by additional stimulation of the environment. For instance the production of reactive oxygen intermediates was only relevant for the killing of yeast cells and germ tubes of Candida albicans in the presence of an effective additional stimulation. Based on the generated results it can be reasoned that human granulocytes react specificly to the different morphotypes of C. albicans and A. fumigatus. Furthermore signals of the environment may show a modulating effect on the reaction of granulocytes.