Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6052
Main Title: The induction and function of the transcription factor c-myc in macrophages during pneumococcal pneumonia and legionellosis
Translated Title: Die Induktion und Funktion des Transkriptionsfaktors c-myc in Makrophagen während einer Pneumokokkenpneumonie und Legionellose
Author(s): Kabus, Christin Sophia
Advisor(s): Hippenstiel, Stefan
Zahlten, Janine
Referee(s): Meyer, Vera
Lauster, Roland
Zahlten, Janine
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: For infectious diseases, effective defense mechanisms which constitute an efficient innate host response are the keys to eliminate invading pathogens. According to different studies, the pathogenicity of bacteria is due to different virulence factors that contribute to overcome those mechanisms. Against that, the immune system evolved a large repertoire to fight the pathogen. Nevertheless, an overly strong host response bears the risk of cell and tissue damage. Especially in infections of the lung, the delicate balance between the robust inflam-matory response and the control of it to prevent loss of organ function determines the outcome of the disease. In the therapy of infectious diseases of the lung, antibiotics are used, whereby this treatment is facing increasing resistances. To find an alternative treatment, still remaining gaps in knowledge about the activation of the target cells and thus the signaling pathways of the immune response need to be filled. Alveolar macrophages are the target cells of Legionella pneumophila (L. pneumophila), the causing agent of the legionnaire’s disease, and one of the first targets of Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae), introducing severe pneumonia among others. Lower respiratory tract infections are the third most common cause of death worldwide and the second largest infectious source of death in children worldwide. At this S. pneumoniae is the most common agent of community acquired pneumonia (CAP), whereas the incidence of community acquired Legionnaire’s disease caused by Legionella is at 4-5 % in Germany. Nevertheless, it is the subspecies L. pneumophila which leads to the infection in 70-90 % (depending on the region) of the cases. Macrophages are important immune cells for the first defense against invading pathogens. With the recognition of pathogens by different receptors of the innate immune system, macrophages mainly contribute to the defense against pathogens due to cytokine and chemokine secretion and recruitment of adaptive immune cells. Furthermore, they belong to the phagocytes and directly contribute to the clearance of pathogens. The transcription factor c-myc is known for its role in embryogenesis and regulation of the cell cycle as well as its effect on proliferation and differentiation of cells. Taking into account that c myc regulates approximately 15 % of the genome including promoter regions of important molecules of the innate immune system; it seems to have a crucial impact on the immune response. The results presented in this work could show that c-myc is induced by L. pneumophila and S. pneumoniae in human lung (ex vivo) and particularly in human alveolar macrophages (ex vivo) and in a macrophage-like cell line (in vitro). This induction of c-myc is dependent on the TLR adaptor molecule MyD88 and the Toll-like receptor (TLR) 2 seems to be involved. Furthermore, the Legionella and Pneumococci induced cytokine release is decreased by inhibition or knockdown of c-myc, respectively. The phagocytosis of Legionella by macrophages is compromised by inhibition or knockdown of c-myc. Thereby, it has an effect on the internalization. However, it does not alter the growth of Legionella. Interestingly, the impact of c-myc on the phagocytic ability of macro-phages regarding Pneumococci, including internalization and killing, was only visible by knockdown of c myc, not by inhibition. This might be due to different modes of action or due to unspecific effect of the inhibitor, respectively. Taken together, the results of this study indicate a regulatory role of c-myc in the immune response to infections of the lung with L. pneumophila and S. pneumoniae, upon which the protein is induced over a TLR2 and MyD88 pathway. This leads to increased pro-inflammatory cytokine and chemokine release as well as increased internalization of bacteria.
Bei Infektionskrankheiten ist eine effiziente angeborene Immunantwort und damit effektive Verteidigungsmechanismen der Schlüssel zu Eliminierung von eindringenden Pathogenen. Studien zufolge sind für die Pathogenität von Bakterien verschiedene Virulenzfaktoren verantwortlich, welche dazu dienen, die Mechanismen des Wirtsorganismus zu umgehen. Im Gegensatz dazu hat das Immunsystem ein großes Repertoire an Abwehrmechanismen entwickelt, um den Erreger dennoch zu bekämpfen. Allerdings birgt eine zu starke Immunantwort die Gefahr von Zell- oder Gewebeschäden. Besonders bei Infektionen der Lunge bestimmt dieses empfindliche Gleichgewicht zwischen einer robusten Immunantwort und deren Eindämmung zum Schutz vor Gewebeschäden den Ausgang einer Krankheit. In der Therapie von Bakterien-induzierten Krankheiten werden häufig Antibiotika eingesetzt, wobei sich diese Behandlung mit immer weiter steigender Resistenzen konfrontiert sieht. Um einen alternativen Behandlungsweg zu finden, gilt es die Wissenslücken über die Aktivierung der Zielzellen und damit die Signalwege der Immunantwort zu schließen. Alveolarmakrophagen sind die Zielzellen von Legionella pneumophila (L. pneumophila), dem Erreger der Legionellose, und eine der Zielzellen von Streptococcus pneumoniae (S. pneumoniae), welches unter anderem schwere Pneumonien verursacht. Infektionen des unteren Respirationstraktes sind die dritthäufigsten Infektionen weltweit, wobei diese unter Kindern bis 5 Jahre sogar die zweithäufigste Infektionsform darstellen. Dabei ist die Infektion mit S. pneumoniae die häufigste Ursache der ambulant erworbenen Pneumonie (CAP). Die Inzidenz der ambulant erworbenen Legionellose liegt in Deutschland zwar nur bei 4-5 %, dennoch ist die Subspezies L. pneumophila mit 70-90 % (je nach Region) der häufigste Erreger. Makrophagen sind wichtige Immunzellen des angeborenen Immunsystems für die erste Abwehr gegen eindringende Pathogene. Durch die Erkennung dieser anhand von verschiedenen Rezeptoren, der darauffolgenden Sekretion von Chemokinen und Zytokinen und der Rekrutierung von weiteren Immunzellen, tragen Makrophagen wesentlich zur Eliminierung des Erregers bei. Außerdem gehören Makrophagen zu der Gruppe der Phagozyten, womit sie direkt für die Eliminierung sorgen. Der Transkriptionsfaktor c-myc ist bekannt für seine Rolle in der Embryogenese und der Regulation von Zellzyklusprozessen wie Proliferation und Differenzierung. Beachtet man, dass c myc als Transkriptionsfaktor etwa 15 % des Genoms reguliert, darunter auch wichtige Promotorregionen von Molekülen des angeborenen Immunsystems, ist es wahrscheinlich, dass c myc einen Einfluss auf die Immunantwort hat. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass c-myc sowohl durch L. pneumophila als auch durch S. pneumoniae in humaner Lunge (ex vivo) und spezieller in humanen Alveolarmakrophagen (ex vivo) und in einer Makrophagen-ähnlichen Zelllinie (in vitro) induziert wird. Diese Induktion ist abhängig von dem Toll-like Rezeptor- (TLR-) Adaptormolekül MyD88 und vermutlich ebensfalls von TLR2. Des Weiteren konnte ein Einfluss von c-myc auf die Zytokin- und Chemokinsekretion festgestellt werden. Diese ist bei Inhibierung oder durch Knockdown von c-myc reduziert. Die Phagozytose von Legionellen durch Makrophagen ist ebenfalls reduziert, sobald c-myc inhibiert wird oder ein Knockdown vorliegt. Dieser Effekt beschränkt sich auf die Internalisie-rung der Bakterien, nicht aber auf die Abtötung der Legionellen bzw. die Replikationsfähigkeit. Bei der Phagozytose von Pneumokokken ist ein Einfluss von c-myc anhand der Knockdown-versuche zu erkennen, allerdings nicht durch Inhibierung von c-myc. Dies könnte ein Hinweis auf unterschiedliche Wirkungsweisen geben bzw. durch unspezifische Effekte des Inhibitors hervorgerufen sein. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse dieser Arbeit auf eine regulatorische Rolle von c myc bei der Immunantwort auf Infektionen der Lunge mit L. pneumophila bzw. S. pneumoniae, wobei auf beide Erreger eine Induktion des Proteins über MyD88 und TLR2 erfolgt, welche einen pro-inflammatorischen Einfluss auf die Zytokin- und Chemokinproduktion, sowie eine erhöhte Internalisierung der Bakterien zur Folge hat.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6553
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6052
Exam Date: 30-Jun-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 2-Aug-2017
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften
Subject(s): c-myc
alveolar macrophage
pneumonia
S. pneumoniae
L. pneumophila
lung
infection
Alveolarmakrophage
Pneumonie
Lunge
Infektion
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