@PhdThesis{diss_mods_00003046, author = {Wagner, Christina}, title = {Die Taufliege Drosophila melanogaster als Modell f{\"u}r die Analyse entz{\"u}ndlicher Erkrankungen der Atemwege}, year = {2008}, publisher = {Christian-Albrechts-Universit{\"a}t zu Kiel}, address = {Kiel}, keywords = {Drosophila; Atemwege (Tracheen); Atemwegsepithel; Immunreaktion; NF-$\kappa$B; Entz{\"u}ndung}, abstract = {Das Atemwegsepithel besitzt als immun-kompetentes Epithel zahlreiche effiziente Abwehrmechanismen, um sich vor Infektionen und somit vor einer mikrobiellen Besiedelung zu sch{\"u}tzen. Der zentrale Regulator der immunologischen und inflammatorischen Prozesse im menschlichen Atemwegsepithel ist der Transkriptionsfaktor NF-$\kappa$B. Fehlregulationen in der angeborenen Immunit{\"a}t des Atemwegsepithels, insbesondere im NF-$\kappa$B-Signalweg, f{\"u}hren im Epithel sowie in den Atemwegen in zunehmendem Ma{\ss}e zu Sch{\"a}digungen und strukturellen Umgestaltungen und unterst{\"u}tzen beim Menschen die Entstehung von Krankheiten wie Asthma und COPD. Da die Immunpathogenese des Atemwegsepithels aufgrund des Mitwirkens von klassischen Immunzellen des angeborenen und adaptiven Immunsystems sehr komplex gestaltet ist, scheint es in Wirbeltieren ausgesprochen schwierig zu sein, den Einfluss des Atemwegsepithels auf die Entstehung und den Verlauf akuter bzw. chronischer Erkrankungen der Atemwege zu entschl{\"u}sseln. Ein Ausweichen auf andere, einfach gestaltete Modellorganismen erscheint daher sinnvoll. Die Taufliege Drosophila melanogaster, der ein adaptives Immunsystem fehlt und die gleichzeitig {\"u}ber ein einfach strukturiertes Atemwegsepithel verf{\"u}gt, bietet sich f{\"u}r die Entschl{\"u}sselung elementarer Mechanismen der angeborenen Immunit{\"a}t geradezu an. Da zu Beginn der vorliegenden Arbeit {\"u}ber die Organisation des epithelialen Immunsystems der Taufliege noch nichts bekannt war, wurde zun{\"a}chst deren gesamtes Immunrepertoire ermittelt. Die Ergebnisse aus diesen Experimenten zeigen, dass das Atemwegsepithel der Larve {\"u}ber nahezu alle mustererkennenden Rezeptoren verf{\"u}gt, die f{\"u}r die Pathogenerkennung auch im Rahmen einer systemischen Immunantwort essentiell sind. Zentraler Regulator immunologischer Prozesse ist hierbei der NF-$\kappa$B-Signalweg immune deficiency (IMD), nicht jedoch Toll, der bei einer systemischen Immunabwehr synergistisch mit IMD die Expression der antimikrobiellen Peptidgene reguliert. Neben dem NF-$\kappa$B-Signalweg IMD sind auch die mit der angeborenen Immunit{\"a}t in Verbindung stehenden Signalwege JAK/STAT und JNK im Atemwegsepithel der Larve vertreten. Als konstitutive Abwehrmechanismen stehen dem larvalen Atemwegsepithel verschiedene antimikrobielle Peptide, Lysozyme, enzymatische Antioxidantien und das ROS-bildende Enzym Duox zur Verf{\"u}gung. Besonders hervorzuheben ist das eisenbindende Protein Transferrin, da es im larvalen Atemwegsepithel in sehr hohen Mengen konstitutiv vorhanden ist, voraussichtlich um einer mikrobiellen Besiedelung effizient vorzubeugen. Um die induzierbaren Abwehrmechanismen des Atemwegsepithels zu entschl{\"u}sseln, wurden die Atemwege der Larve mit unterschiedlichen Pathogenen infiziert. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass verschiedene Pathogene die larvalen Tracheen {\"u}ber die Atemwegs{\"o}ffnungen infizieren und im Epithel eine Immunantwort induzieren. Allerdings konnte in diesem Zusammenhang nur das nat{\"u}rlich vorkommende Pathogen Erwinia carotovora im gesamten Epithel der larvalen Atemwege eine Immunantwort ausl{\"o}sen. Transkriptom- und Proteomanalysen ergaben, dass nach einer Infektion mit Erwinia, die drei antimikrobiellen Peptide Drosomycin, Metchnikowin und Drosocin verst{\"a}rkt synthetisiert werden, und dass die Transkriptionsrate der mustererkennenden Rezeptorgene pgrp-la und -lf signifikant erh{\"o}ht ist. Um die Rolle des NF-$\kappa$B-Signalwegs IMD in der Immunabwehr der larvalen Atemwege zu entschl{\"u}sseln, wurde ein Drosophila-Modell etabliert, in dem der IMD-Signalweg ektopisch im Atemwegsepithel der Larve aktiv ist. Transkriptomanalysen auf der Basis von RT-PCR- und Mikroarray-Experimenten konnten zeigen, dass der IMD-Signalweg durch den mustererkennenden Rezeptor PGRP-LE aktiviert wird und die Expression aller sieben verschiedenen antimikrobiellen Peptidgenklassen reguliert. Beim Vergleich der beiden Transkriptome fiel auf, dass im infizierten Atemwegsepithel nur wenige kanonische immun-relevante Gene verst{\"a}rkt exprimiert werden und nur wenige dieser Gene eine Regulation durch IMD erfahren. Zu den Genen des IMD-Transkriptoms geh{\"o}ren neben den antimikrobiellen Peptidgenen und mustererkennenden Rezeptorgenen wie z.B. pgrp-la und auch mehrere, f{\"u}r Glutathion-S-Transferasen kodierende Gene. Ihnen f{\"a}llt genauso wie f{\"u}r die im infizierten Atemwegsepithel verst{\"a}rkt exprimierten Gene foxo und thor als „Survival-Gene`` eine Rolle beim Zellschutz und somit bei der Aufrechterhaltung der physiologischen Funktion des Epithels zu. In immunologisch sehr aktiven Bereichen der infizierten Atemwege wirken sich die Ver{\"a}nderungen auf Transkriptomebene auch auf ph{\"a}notypischer Ebene aus. Die ph{\"a}notypischen Ver{\"a}nderungen {\"a}u{\ss}ern sich insbesondere in einer Verdickung des Atemwegsepithels und k{\"o}nnen ebenfalls durch starke IMD-Aktivierung im gesamten Epithel der larvalen Atemwegen des Drosophila-Modells induziert werden. Die genauere histologische Analyse dieser Tracheen ergab, dass die Verdickung des Epithels mit einer Vergr{\"o}{\ss}erung jeder einzelnen Atemwegsepithelzelle einhergeht und unter anderem auf hyperplastische Epithelzellen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Wie Reporterstudien mit einem etablierten TARGET-Expressionssystem best{\"a}tigen konnten, geht der Ph{\"a}notyp nicht auf einen entwicklungsbiologischen Defekt zur{\"u}ck und kann im Hintergrund des TARGET-Systems w{\"a}hrend der Larvalentwicklung gerichtet aktiviert bzw. reprimiert werden. Die Untersuchung eines akuten wie auch chronischen Verlaufs der Immunreaktion ist somit m{\"o}glich und erlaubt durch den Transkriptomvergleich „akut versus chronisch`` die Identifizierung von Genen, die f{\"u}r die ph{\"a}notypischen Ver{\"a}nderungen des larvalen Atemwegsepithels verantwortlich sind.}, url = {https://macau.uni-kiel.de/receive/diss_mods_00003046}, file = {:https://macau.uni-kiel.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dissertation_derivate_00002475/Doktorarbeit_Juli2008.pdf:PDF}, language = {de} }