English Title: Activation of endothelial cells by Plasmodium falciparum-infected erythrocytes and characterisation of potential adhesion receptors

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Abstract

Während einer Infektion mit dem Malariaerreger Plasmodium falciparum treten oft schwerwiegende Komplikationen auf, da parasitierte Erythrocyten an Endothelzellen adhärieren und in der Mikrovaskulatur akkumulieren. Cytoadhäsion wird vermittelt durch die Interaktion von Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1 (PfEMP-1) auf der Oberfläche der Erythrocyten mit Wirtsrezeptoren auf den Endothelzellen. Die Expression einiger Adhäsionsrezeptoren des Wirts u.a. von ICAM-1 und VCAM-1 erfolgt nur in einer entzündlichen Umgebung und erfordert eine Aktivierung der Endothelzellen. In einem in vitro-Modellsystem konnte die Aktivierung primärer humaner Endothelzellen durch direkte Interaktion mit P. falciparum-infizierten Erythrocyten nachgewiesen werden, lösliche Mediatoren sind für eine Aktivierung nicht ausreichend. Die Fähigkeit zur Stimulation der Endothelzellen ist abhängig von der Parasitämie, der Parasitenanzahl und der Expositionsdauer, jedoch unabhängig vom Adhäsionsphänotyp der Plasmodien. Die Endothelzellen reagieren auf den Stimulus mit einer veränderten Regulation der Genexpression auf Transkriptionsebene, wie durch Microarray-Analysen gezeigt werden konnte. Es entsteht ein proadhäsiver Phänotyp der Endothelzellen, der u.a. durch die verstärkte Expression der Adhäsionsmoleküle ICAM-1 und CD44, sowie durch die Sekretion der Cytokine und Chemokine MIP-3α, IL-8, MCP-1 und IL-6 gekennzeichnet ist. Somit kann eine Aktivierung der Endothelzellen durch Kontakt mit P. falciparum-infizierten Erythrocyten erfolgen, ohne daß eine Aktivierung der Makrophagen oder Monocyten vorausgehen muß. Durch die Expression der unterschiedlichen Chemokine durch die stimulierten Endothelzellen könnten Leukocyten angelockt werden, die die Organe infiltrieren und ebenfalls aktiviert werden. Sequestrierung von Monocyten, Makrophagen, Blutplättchen und P. falciparuminfizierten Erythrocyten bewirken u.a. den Verschluß der Blutgefäße sowie eine weitere Sekretion von Cytokinen, die zur Entstehung einer komplizierten Malaria beitragen und damit zum Tod des Patienten führen können. Eine verstärkte Sequestrierung P. falciparuminfizierter Erythrocyten, sowie von Leukocyten an die aktivierten Endothelzellen bleibt allerdings zu untersuchen. Cytoadhäsion-vermittelnde Moleküle auf humanen Endothelzellen konnten bisher nur in einigen Organen identifiziert werden, ein spezifischer Rezeptor auf sinusoidalen Endothelzellen der Leber wurde bisher noch nicht charakterisiert. Durch initiale Adhäsion P. falciparum-infizierter Erythrocyten an einen leberspezifischen Rezeptor auf sinusoidalen Endothelzellen könnte die anti-parasitäre Immunantwort so verändert werden, daß die Plasmodien einen Überlebensvorteil im Wirt erhalten, z.B. durch Entstehung von Immuntoleranz in der Leber. Liver/lymph node specific ICAM-3 grabbing nonintegrin (LSIGN), ein Homolog zu dem C-Typ Lektin Dendritic cell specific ICAM-3 grabbing nonintegrin (DC-SIGN), wird in der Leber auf sinusoidalen Endothelzellen exprimiert. Der Oberflächenrezeptor L-SIGN vermittelt die Endocytose von mannosehaltigen Liganden, was vermutlich zu der Präsentation von Antigenen auf MHC-Molekülen an T-Lymphocyten führt. Es konnte weder eine L-SIGN-spezifische Invasion der CHOL-SIGN Zellen durch P. berghei Sporozoiten, noch eine Cytoadhäsion P. falciparum-infizierter Erythrocyten an das auf CHO Zellen exprimierte L-SIGN, nachgewiesen werden. Obwohl eine L-SIGN-spezifische Cytoadhäsion der selektionierten P. falciparum-Klone nicht nachgewiesen werden konnte, so hatten diese Parasiten die Fähigkeit erworben Chondroitinsulfat-unabhängig an CHO Zellen zu cytoadhärieren. Da CHO-745 Zellen keinen der bisher bekannten Adhäsionsrezeptoren exprimieren, muß noch mindestens ein weiterer Cytoadhäsion-vermittelnder Rezeptor auf CHO Zellen zu finden sein. Erythrocyten, die mit den P. falciparum-Klonen FCR3 und 3D7 infiziert waren, ließen sich auf einen CHO-745 spezifischen Bindungsphänotyp selektionieren (3D7745 und FCR3745). Eine Charakterisierung der PfEMP-1 codierenden Transkripte (var) in diesen Parasitenpopulationen lieferten vier stabile vollständige var Transkripte für den P. falciparum Klon 3D7 und ein stabiles vollständiges var Transkript für FCR3. Dies lässt darauf schließen, daß die Interaktion parasitierter Erythrocyten mit den CHO-745 Zellen durch PfEMP-1 vermittelt wird.