Untersuchungen zur hBD-2- und hBD-3-Expression und -Regulation während einer Candida-Ösophagitis

Steubesand, Nadine

Die epithelialen Abwehrmechanismen regulieren die Besiedlung der Epithelien durch Kommensale und überwachen das Wachstum pathogener Mikroorganismen, wie z.B. des opportunistischen Hefepilzes Candida albicans im Ösophagus. In Folge dessen kommt es bei gesunden Individuen selten zu einer übermäßigen Besiedlung des Ösophagusepithels durch Candida albicans oder zu einer Infektion (Candida-Ösophagitits). Bei alten Menschen oder immunsupprimierten Patienten entwickelt sich jedoch häufig eine Candida-Ösophagitis, die sich in einer lebensbedrohlichen Candida-Sepsis manifestieren kann. Die humanen -Defensine sind wichtige Vermittler der epithelialen Abwehr und werden während einer Candida-Ösophagitis in den Epithelzellen signifikant induziert, wie in Vorversuchen gezeigt werden konnte. Um die Signaltransduktionskaskaden untersuchen zu können, die für die Defensininduktion nach Candida albicans-Infektion des Ösophagusepithels verantwortlich sind, wurde ein in vitro Modell mittels der oesophagealen Zelllinie OE21 etabliert. Die Analysen ergaben, dass die Inkubation mit lebenden C. albicans-Zellen oder C. albicans-Überständen zu einer mäßigen Induktion der -Defensine hBD-2 und hBD-3 führt. HBD-1 wird weiterhin konstant exprimiert und konnte auch in den nachfolgenden Experimenten nicht induziert werden. Die Inkubation mit Candida albicans führt zur Aktivierung der Transkriptionsfaktoren NFB und AP-1. Die Kostimulation der OE21-Zellen mit Candida albicans und polymorphonukleären Zellen (PMZ) wirkt synergistisch auf die hBD-2- und hBD-3-Expression und induziert diese signifikant. Dieser synergistische Effekt führt ebenfalls zu einer verstärkten nukleären Translokation der Transkriptionsfaktoren NFB und AP-1. Mit Inhibitionsversuchen konnten die entscheidenden Signalkaskaden identifiziert werden. Dabei zeigte sich, dass der hBD-2-Promotor in Abhängigkeit von NFB und MAPK/AP-1 reguliert wird. Zudem deuten die Ergebnisse darauf hin, dass proinflammatorische Zytokine für die Induktion der hBD-2-mRNA-Transkription von entscheidender Bedeutung sind. Die Expression von hBD-3 erfolgt in Abhängigkeit von dem EGF-Rezeptor und ebenfalls über die MAP Kinasen und den Transkriptionsfaktor AP-1. Diese unterschiedliche Regulation der -Defensine ermöglicht eine gestaffelte Reaktion der Epithelien auf Mikroorganismen und Infektionen. HBD-1 kontrolliert das Wachstum der Kommensalen im gesunden Organismus, während hBD-2 und hBD-3 bei Infektionen aktiviert werden. Dabei könnte hBD-2 während der initialen Entzündungsphase als Bestandteil der antimikrobiellen Abwehr wirken, während hBD-3 zeitlich versetzt aktiviert wird und bei Reparaturprozessen und der Wundheilungsphase den Schutz der Epithelien übernehmen könnte.

Epithelial barriers protect individuals against pathogen microorganisms and control growth of commensals. Commensals, like Candida albicans, are generally present in the oro-gastrointestinal tract but they do not reach significant numbers nor are of any clinical relevance to a healthy individual. However, in the oesophagus of immune compromised individuals or geriatric people a Candida oesophagitis is of frequent occurrence. Human -defensins are critical components of host defence at mucosal surfaces. Our recently published results showed that hBD-2 and hBD-3 are up-regulated in Candida oesophagitis. Therefore the role of several candidate signalling pathways in Candida albicans induced -defensin expression in the oesophageal cell line OE21 were studied and the potential role of polymorphonuclear cells (PMZ) in Candida oesophagitis were analysed. Real time RT-PCR analysis showed that in human oesophageal cell cultures Candida albicans is a very weak direct inducer of human -defensin mRNA, but the induction of hBD-2- and hBD-3-mRNA expression is strongly enhanced when OE21 cells were additionally cultured with PMZ. Gel shift analysis revealed that Candida albicans activated NFB and AP-1 signalling pathways in the oesophageal cell line. EGF receptor inhibition directly reversed the AP-1 activation and hBD-3 induction, indicating that the EGF receptor and the transcription factor AP-1 are crucial for hBD-3 expression. In addition, an intact MAP kinase pathway is necessary for hBD-3 and also for hBD-2 induction. In contrast to hBD-3, hBD-2 activation seems to be more reliable on cytokine induced NFB dependent signalling after exposure to Candida albicans cells. In oesophageal cell cultures AP-1 dependent pathways are also of importance for hBD-2 induction. HBD-1 expression is not affected by one of the tested stimuli. Its main function is the control of microbiota in the healthy organism, whereas hBD-2 and hBD-3 are not expressed at significant levels. The divergent signalling events regulating hBD-2 and hBD-3 expression suggest temporal functional variation in terms of infections. HBD-2 may contribute to antimicrobial barrier function during inflammatory phase while hBD-3 plays a more important role during repair and wound healing phase of infection.

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Steubesand, Nadine: Untersuchungen zur hBD-2- und hBD-3-Expression und -Regulation während einer Candida-Ösophagitis.

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