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persönlicher Dank
Inhalt
Abkürzungen
Abbildungen
Tabellen
Einleitung
Literaturübersicht
Eigene Arbeiten
Diskussion
Zusammenfassung
Summary
Literatur
Anhang
Danksagung
SelbständigkeitserklärungZur Verwendung von Mausmodellen in der biomedizinischen Forschung ist die
Erfassung von umfangreichen Basiskenntnissen über die Inzucht-Mausstämme
notwendig. In Infektionsversuchen konnte festgestellt werden, dass der
genetische Hintergrund Ursache für die unterschiedlichen Reaktionen der
Mausstämme war. Dies ließ vermuten, dass auch auf histologischer Ebene
Unterschiede in der Art und Ausprägung der Immunantwort zwischen den
Mausstämmen existieren. Ziel der vorliegenden Studie war einerseits eine
Vervollständigung der Basisdaten, andererseits sollte der histologische
Nachweis qualitativer und quantitativer Unterschiede von Inzucht-Mausstämmen
unter Infektionsbedingungen erfolgen. Weiterhin sollte eine Reihung der
beurteilten Mausstämme in Bezug auf ihre Resistenz gegenüber Y. enterocolitica
erstellt werden. Erstmals konnte im Zuge der Untersuchungen eine
differenzierte Betrachtung von Resistenz und Immunität erfolgen. In der
vorliegenden Studie wurden die vier ingezüchteten Wildtyp-Mausstämme
(C57BL/6OlaHsd, BALB/cOlaHsd, C3H/HeNHsd und 129P2/OlaHsd) mit einem wenig
pathogenen Stamm von Y. enterocolitica oral infiziert. Drei und neun Tage p.i.
wurde eine umfassende, histopathomorphologische Untersuchung des aboralen
Drittels des Dünndarmes durchgeführt. Im Mittepunkt stand die Feststellung der
Yersinienkoloniezahl und -lokalisation sowie der unterschiedlichen Fähigkeit
der Mausstämme, eine effektive Entzündungsreaktion mit Defektheilung
auszubilden. Dazu wurde der unterschiedliche Charakter der Gewebeschädigungen
sowie der entzündlichen Reaktionen beurteilt. Yersinienkolonien sowie die mit
der Infektion assoziierten Gewebeveränderungen konnten sowohl bei allen
untersuchten Mausstämmen in den PP als auch in der Schleimhaut nachgewiesen
werden. Es waren qualitative und quantitative Unterschiede der Immunantwort,
der Kolonieverteilungen und der Verläufe der Koloniezahlen bei den
verschiedenen Inzucht-Mausstämmen zu beobachten. Erstmals war bei den
untersuchten Mausstämmen histopathologisch ein unterschiedlicher Charakter der
entzündlichen Veränderungen nachweisbar. C57BL/6OlaHsd wurde in der
vorliegenden Studie wegen der zu Beginn relativ hohen Koloniezahlen als
intermediär suszeptibel und als Stamm mit der effektivsten Immunität
eingestuft. Die Bakterien wurden im Verlauf der Infektion anhand einer starken
Immunantwort erfolgreich reduziert. Bereits früh waren Makrophagen
nachweisbar, und eine Defektheilung war durch Granulationsgewebe sowie
perivaskuläre Plasmazellinfiltrate im histoSummary
Literatur
Anhang
Danksagung
<a logischen Bild zu erkennen. Der Stamm BALB/cOlaHsd besaß eine hohe
Resistenz und die in dieser Studie schwächste Immunität. Drei Tage p.i. traten
zwar relativ geringe Koloniezahlen auf, jedoch setzte keine Reifung der
Immunantwort ein. Die Zahl der Bakterienkolonien und der veränderten PP nahm
sogar im Verlauf der Infektion zu. Zu beiden Untersuchungszeitpunkten waren
ähnliche, akute, eitrige Veränderungen des Gewebes zu beobachten. Eine
Organisation der Alterationen war kaum und eine signifikante Zunahme der
Plasmazellinfiltration in die PP war nicht vorhanden. Die Tiere dieses Stammes
waren damit nicht in der Lage, die Infektion zu begrenzen. Der Mausstamm
C3H/HeNHsd wurde als empfänglichster Stamm mit intermediärer Immunität
eingestuft. Zu Beginn der Infektion hatte bei diesem Stamm die stärkste
Immunantwort eher destruktive Folgen. Makrophagen und Granulationsgewebe waren
drei Tage p.i. kaum zu beobachten. Die Bakterien infizierten gleichermaßen PP
und die Schleimhaut. Trotz einsetzender, verzögerter Organisation der Defekte,
Infiltration der PP mit Plasmazellen und Reduzierung der Bakterienkolonien
traten neun Tage p.i. immer noch relativ hohe Koloniezahlen auf. Die 129P2
/OlaHsd-Tiere konnten aufgrund Ihrer geringen Koloniezahlen drei Tage p.i. als
resistent eingeordnet werden. Bei dem Stamm 129P2/OlaHsd waren nur relativ
wenige PP von Veränderungen und der Kolonisation mit Yersinienkolonien
betroffen. Die Einzeltiere zeigten eine sehr unterschiedlich erfolgreiche
Immunantwort, weshalb die Immunität dieses Stammes als intermediär eingestuft
wurde. Der eine Teil der Tiere ähnelte in seinem histologischen Bild dem der
C57BL/6OlaHsd-Tiere, der andere Teil glich BALB/cOlaHsd. Verschiedene Faktoren
werden in der vorliegenden Arbeit für die abweichende Resistenz und Immunität
der Inzucht-Mausstämme verantwortlich gemacht. Eine unterschiedlich schnelle
Ausbildung der TH1-Immunantwort mit der damit verbundenen, abweichenden
Bildung von TH1-Cytokinen kann auch in dieser Arbeit die unterschiedlichen,
histopathologisch nachweisbaren Reaktionen erklären. Besonders die Spiegel von
IFN-γ und TNF-α und die Vermittlung ihrer biologischen Aktivität sind von
großer Bedeutung für die Effektivität der Immunantwort. Eine unterschiedliche
Anzahl der für die Yersinieninfektion essentiellen Makrophagen bzw. deren
abweichende Aktivierung oder Funktionalität führen ebenfalls zu einer
verminderten Bakterienreduktion. Die frühe Aktivierung der T-Lymphozyten zur
Auslösung der TH1-Antwort spielt dabei eine entscheidende Rolle und ist in den
verschiedenen Mausstämmen unterschiedlich ausgeprägt. Die unterschiedliche
Bildung der CD4+ und CD8+ T-Zellen und Plasmazellen sowie jeweils deren
Einwandern in die PP als auch die verschiedene Fähigkeit der Organisation des
alterierten Gewebes tragen zur abweichenden Immunität bei. Weiterhin können
unterschiedliche Expressionen und Beantwortungen von Chemokinen,
Chemokinrezeptoren, Integrinen und Adhäsionsmolekülen bei den verschiedenen
Inzucht-Mausstämmen für den abweichenden Influx der Immunzellen verantwortlich
sein. Ebenfalls ist denkbar, dass die bakteriellen Pathogenitätsfaktoren (z.B.
LcrV, rovA, Yops, etc.) in den verschiedenen Mausstämmen in unterschiedlicher
Effektivität Angriffspunkte finden, um die Immunantwort zu modulieren und
damit die Invasion und ihr Überleben im Wirt zu sichern. In der vorliegenden
Arbeit konnte ein Beitrag zur Vervollständigung der Basisdaten von Inzucht-
Mausstämmen unter Infektionsbedingungen geleistet und aufgezeigt werden, dass
zwischen ihnen auf histologischer Ebene sowohl qualitative als auch
quantitative Unterschiede bestanden. Mithilfe dieser Ergebnisse war es
anschließend möglich, eine differenzierte Reihung der Mausstämme bezüglich
ihrer abweichenden Resistenz und Immunität aufzustellen.Extensive basic knowledge on inbred mouse strains and specific mouse mutants
is essential to use mouse models in biomedical science. The specific genetic
background of the different inbred mouse strains is known to be responsible
for the considerable variations in the reaction of mice to infections, such as
Yersinia infections. This observation indicated that differences in intensity
and characteristics of the immune response between mouse strains should also
exist on histological level. On the one hand, this study aimed at adding to
the data on basic knowledge of inbred mouse strains. On the other hand,
histological evidence was to be provided of qualitative and quantitative
differences in the examined inbred mouse strains reaction to an infection
with Y. enterocolitica. Subsequently, an order of susceptibility and, for the
first time, also of the immunity of the studied mouse strains was established.
In the present study, four inbred wild-type mouse strains (C57BL/6OlaHsd,
BALB/cOlaHsd, C3H/HeNHsd and 129P2/OlaHsd) were orally infected with a low-
virulence strain of Y. enterocolitica. A systematic histopathomorphological
analysis of the aboral small intestine was performed three and nine days p.i.
The main focus was the characterization of the type and degree of inflammatory
reactive patterns and the number and distribution of Yersinia colonies.
Specifically, the influences of genetic backgrounds, gender and time point
after infection were assessed. Yersinia colonies and the changes in the tissue
associated with the Yersinia infection were detected in all mouse strains in
the mucosa as well as in the PP. Qualitative and quantitative differences in
the inflammatory response, the colonies distribution and the course of colony
number were recorded between the different inbred mouse strains. For the first
time, this study could demonstrate histopathologically that the inbred mouse
strains studied differed in the character of the inflammatory changes. In the
present study, C57BL/6OlaHsd was classified as intermediate susceptible
because of its high number of colonies and as strain with the best immunity.
The bacteria were eliminated by a strong, effective immune response during
infection. Macrophages could be detected very early. Furthermore, a partial
recovery by granulation tissue and perivascular plasma cell infiltrates was
observed histologically. The strain BALB/cOlaHsd showed high resistance to the
initial infection and the least effective immunity of the present study. Three
days p.i., there were relatively low colony numbers but the strain did not
show any maturation of the inflammatory response. The number of bacterial
colonies and altered PP even increased during the infection. Similar purulent
changes of the tissue were observed at both time points of examination.
Organisation of the alterations hardly occured, and the plasma cell
infiltration into the PP did not increase significantly. The animals of this
strain were thus not able to confine the infection. The strain C3H/HeNHsd was
classified as the most susceptible strain with an intermediate, delayed
immunity. At the beginning, the strong immune response was rather destructive.
Three days p.i. macrophages and granulation tissue were hardly observed. The
bacteria infected the mucosa and the PP to a similar extent. Despite an early
organisation of the defects, an infiltration of the PP with plasma cells and a
reduction of the bacterial colonies, the number of colonies was still
relatively high nine days p.i. The strain 129P2/OlaHsd was classified as
rather resistant because of the low number of colonies three days p.i. All in
all, only relatively few PP were affected and colonized by Yersinia. The
success of the individuals' immune responses varied to a great extent, and the
immunity of this strain was classified as intermediate. The histological
appearance of some of the animals was comparable to the C57BL/6OlaHsd animals,
others were similar to BALB/cOlaHsd. In the present study, several factors
were discussed as possible causes for resistance and immunity of inbred mouse
strains. Developing a TH1 immune response at different intensities and the
corresponding delayed formation of TH1 cytokines might explain the different
histopathologically detectable reactions in this study, too. In this context,
IFN-γ and TNF-α levels and the mediation of their biological activity are of
outstanding importance for the efficicacy of the inflammatory response. A
differing number of macrophages which are essential for the confinement of
Yersinia infection, or their delayed activation or reduced functionality might
lead to a decreased reduction of bacteria and consequently to a persistence or
even an exacerbation of the infection. An early activation of the
T-lymphocytes to trigger the TH1 immune response may play a decisive role and
is exhibited at varying degrees in the inbred mouse strains. Different
proliferation of CD4+ and CD8+ T cells and their homing in the PP as well as
the different organisation ability of the altered tissue might be additional
factors contributing to the differing immune responses of the investigated
mouse strains. Differences in the expression or response of a multitude of
chemokines, chemokine receptors and adhesion molecules in the mouse strains
might lead to the different influxes of immune cells. It is, furthermore,
conceivable that factors of bacterial virulence (e.g. LcrV, rovA, Yops, etc.)
are differently effective in the different mouse strains in finding their
receptors or target structures to modulate the immune response and to
consequently establish survival in the host. In the present study, basic data
on inbred mouse strains in term of their reaction to an infection with Y.
enterocolitica were established and qualitative as well as quantitative
differences were detected on the histological level. Finally, a differentiated
order of susceptibility and, for the first time, also of the immunity of the
studied mouse strains was established based on histological evidence