Auswirkungen allergener und mikrobieller Komponenten auf das angeborene Immunsystem der Taufliege Drosophila melanogaster

Warmbold, Christine

Allergien sind weltweit auf dem Vormarsch. Waren in den 1920er Jahren noch rund ein bis zwei Prozent der Bevölkerung von Heuschnupfen betroffen, sind es heute bereits 12 Prozent. Etwa 40 Prozent der Bevölkerung westlicher Industrienationen sind nach Angaben der World Health Organization (WHO) IgE-positiv für Aeroallergene. Aufgrund dieser Entwicklung ist es erforderlich, die Mechanismen, die zur Entstehung einer Allergie beitragen, näher zu untersuchen, denn Allergien sind häufig eine Vorstufe von chronischem Asthma bronchiale. Betrachtet man die Definition der allergischen Reaktion genauer, so fällt auf, dass diese vor allem auf Reaktionen des adaptiven Immunsystems basiert. Das angeborene Immunsystem wird nicht mit einbezogen. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, anhand des Modellorganismus Drosophila melanogaster, dem ein adaptives Immunsystem fehlt, den Einfluss eines Aeroallergens auf das angeborene Immunsystem zu untersuchen. Das hierzu verwendete Hausstaubmilbenallergen Der p 1 gehört zu den am besten charakterisierten Aeroallergenen. In einem weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit wurde analysiert, ob das immunmodulatorische Bakterium Lactococcus lactis ebenfalls einen Einfluss auf das angeborene Immunsystem hat. Diesem Bakterium wurde im humanen System eine „allergieprotektive“ Wirkung nachgewiesen. Nachdem zunächst in Vorversuchen mit HEK293-Zellen mikrobielle Kontaminationen der Allergenpräparation erfolgreich ausgeschlossen werden konnten, wurde sowohl durch einen Luciferase-Assay als auch durch qRT-PCR und Mikroarray-Analysen herausgefunden, dass das Immunsystem der Taufliege durch Der p 1 induziert werden kann. Es gelang nachzuweisen, dass die Immunantwort IMD-vermittelt ist und durch die Spaltung des PGRP-LC-Rezeptors ausgelöst wird. Auch im humanen System können Rezeptorspaltungen durch Der p 1 (beispielsweise CD23 und CD25) beobachtet werden. Ebenfalls über Mikroarray-Analysen wurde eine weitere Gemeinsamkeit in der Immunreaktion des Menschen und der Fliege auf das Allergen entdeckt. Diese besteht aus der Aktivierung der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, die sowohl in der Fliege sowie im humanen System beobachtet werden konnte. Lediglich in der Untersuchung der Wirkung von L. lactis ließ sich mit den in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungsmethoden (Luciferase-Assay, Mikroarray-Analysen) kein Effekt nachweisen. Es wird daher vermutet, dass sich der eingangs erwähnte immunmodulatorische Effekt lediglich in Bezug auf das adaptive Immunsystem bemerkbar macht. Zusammenfassend betrachtet, konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass das Immunsystem der Taufliege Drosophila melanogaster bei Allergenkonfrontation ähnliche Reaktionen zeigt wie das humane Immunsystem. Dies macht die Taufliege zu einem idealen Modellorganismus für Untersuchungen allergischer Reaktionen. Da sie außerdem genetisch einfach zu manipulieren ist, bleibt hier Spielraum für vielfältige molekularbiologische Studien.

The incidence of allergic diseases is rising in most parts of the world. To give an example, in the 1920s about one or two percent of the population suffered from hay fever, today 12 percent are affected. According to a statement of the world health organization (WHO) about 40 percent of the population of western industrial nations are IgE-positive to aeroallergens. Therefore it is necessary to characterize the mechanisms in detail that lead to the development of allergic diseases. Moreover the knowledge about these mechanism is important because allergies such as hay fever are often a preliminary stage of chronical Asthma bronchiale. Allergic reactions are thought to rely solely on the adaptive immunity whereas an involvement of innate immunity has not been considered yet. The aim of this study was to analyze the effect on an aeroallergen on the innate immune system of Drosophila melanogaster which lacks the adaptive immunity. Therefore we used the well-characterized house dust mite allergen Der p 1. We further focused on the influence of the immunomodulatory bacterium Lactococcus lactis on the innate immune system. This bacterium is known to have allergy-protective activities in the human system. In preliminary experiments we excluded microbial contaminations of our allergen preparation and we were able to figure out that Der p 1 induces the fruitfly`s immune system. This could be seen via three independent assays, namely a luciferase-assay, qRT-PCR and microarray-analysis. However, we proved that this immune response is IMD-dependent and triggered by cleavage of the receptor PGRP-LC. Receptor-cleavage by Der p 1 is also known to be operational in the human system where CD23 and CD25 are affected. Via microarray-analysis we observed another similarity of the immune systems of human and fly regarding the response to this allergen; namely the activation of G-protein-coupled receptors, which is documented in both systems. The assays used in this study do not show any signs for a modulatory effect of L. lactis on the innate immune system of the fly. Therefore we assume that the described immunomodulatory effect relies on an interaction with the adaptive immune response. In summary, we could show for the first time in this study that the immune system of the fruitfly Drosophila melanogaster shows immune responses to Der p 1 that resemble those of the human system. Therefore the fruitfly is well suited to study the primary effects that occur between allergens (at least some of them) and the innate immune system.

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Warmbold, Christine: Auswirkungen allergener und mikrobieller Komponenten auf das angeborene Immunsystem der Taufliege Drosophila melanogaster. 2010.

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