A proteomic analysis of the immune response of Caenorhabditis elegans.

Abstract

De toenemende resistentie van talrijke pathogene micro-organismen tegen een breed spectrum aan antibiotica heeft de zoektocht naar alternatieve antimicrobiële middelen geopend. Gedurende het voorbije decennium is de interesse in het gebruik van modelorganismen in immuniteitsonderzoek opm erkelijk gestegen. Omwille van zijn gesequeneerd genoom, de toegankelijk heid voor genetische analyses en de eenvoudige kweek is de vrijlevende bodemnematode C. elegans dan ook uitg egroeid tot één van de meest succesvolle modellen voor experimentee l onderzoek. In zijn natuurlijke habitat wordt deze kleine worm continu omgeven door micro-organismen, die tegelijkertijd een noodzakelijk voedi ngsbron maar onvermijdelijk ook een bron van pathogenen vormen. Aangezie n de worm geen adaptief immuunsysteem bezit, is hij volledig afhankelijk van zijn aangeboren immuniteit om deze uitdagende levenswijze heelhuids te doorstaan. Daarom vertegenwoordigt C. elegans het model bij uitstek o m meer inzicht te verwerven in het mechanisme van aangeboren immuniteit, dat sterk geconserveerd is zowel bij vertebraten als invertebraten. Dit mechanisme bestaat uit receptoren die de potentiële pathogenen detecter en, een complex netwerk van immuun-signaalwegen en effectormoleculen die de microben uiteindelijk vernietigen. Bij de aanvang van mijn doctoraat was de kennis over het immuunsysteem v an C. elegans voornamelijk gebaseerd op genetische studies. Toch waren e r nog heel wat onduidelijkheden over de mechanismen die het immuunsystee m reguleren. Er was nagenoeg niets geweten over de veranderingen die opt reden ter hoogte van het proteïne-niveau na infectie. Een proteomisch on derzoek kan ons waardevolle informatie opleveren en proteïnen naar voor schuiven die een potentieel belangrijke functie vervullen in de verdedig ingsstrategieën van de worm. Deze aanpak vormt dan ook de basis van mijn proefschrift, meer bepaald het bestuderen van gastheer-pathogeen intera cties met behulp van twee dimensionele differentiële gel elektroforese ( 2D-DIGE). Eerst heb ik de juiste condities voor het infecteren van worme n vastgesteld (waarbij de overleving van wormen op verschillende media, bezaaid met verschillende pathogenen getest werd) en een proteomics prot ocol voor wormstalen geoptimaliseerd. Daarna heb ik drie onafhankelijke DIGE experimenten uitgevoerd van stalen genomen op 1, 3 en 5 dagen na in fectie met de Gram-negatieve bacterie Aeromonas hydrophila. Vervolgens h eb ik 4 onafhankelijke DIGE experimenten uitgevoerd van stalen genomen o p 1, 4, 8 en 24 uur na infectie met de Gram-positieve bacterie Staphyloc occus aureus. Deze 7 DIGE experimenten resulteerden in een uitgebreide l ijst van meer dan 150 proteïnen die een gewijzigd expressiepatroon verto nen na bacteriële infectie. De studie bevestigt de betrokkenheid van gal ectines, C-type lectines en lipiden-bindende proteïnen in het immuunsysteem van C. elegans. Daarnaast werden ook een aantal ongekende proteïnen geïdentificeerd die voordien nog niet met immuniteit geassocieerd waren. Verder hebben we de voorkeur van C. elegans voor de verschillende experi mentele bacteriën (A. hydrophila, S. aureus en E. coli OP50) onderz ocht. Hieruit konden we besluiten dat de worm niet louter een niet-patho gene bacterie verkiest boven een pathogeen maar dat wellicht ook de voed ingswaarde van de bacteriën een rol speelt. Onze hypothese is dat een vo ortdurende kosten-baten analyse noodzakelijk is opdat de worm de juiste keuze kan maken tussen enerzijds een niet-pathogene bacterie met een lag e voedingswaarde en anderzijds een licht-pathogene bacterie met een hoge voedingswaarde. Met dit proefschrift hebben we voor de eerste maal getracht de complexe veranderingen die optreden in de worm na infectie op proteïne-niveau te bestuderen. De studie heeft geleid tot een lijst van potentieel interess ante kandidaat immuun proteïnen die nu verder onderzocht kunnen worden om hun functioneel belang in C. elegans immuniteit ontcijferen.nrpages: 138status: publishe