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5  ZUSAMMENFASSUNG

Die bakterielle Meningitis ist trotz der Anwendung modernster Antibiotika mit einer hohen Letalität und neurologischen Spätkomplikationen assoziiert. Die genauen molekularen Mechanismen, die zum Zusammenbruch der Blut-Hirn-Schranke bei bakterieller Meningitis führen, sind bis heute unklar. Neben einer überschießenden Immunantwort könnten auch von S. pneumoniae gebildete Toxine zu einer Schädigung der Blut-Hirn-Schranke beitragen.

Aus diesem Grund sollte in dieser Arbeit untersucht werden, ob lebende Pneumokokken bzw. ihre Produkte in vitro zu einer apoptotischen Zellschädigung von zerebralen Endothelzellen führen und welche Mechanismen dieser Schädigung zugrunde liegen.

Zunächst konnte mittels verschiedener Detektionsmethoden (TUNEL, Fluoreszenzmikroskopie, Elektronenmikroskopie) nachgewiesen werden, daß S. pneumoniae zu einem apoptotischen Zelltod führt. Die Zellkerne der zerebralen Endothelzellen zeigten dabei die Morphologie des nukleären Apoptosestadiums I, das durch das mitochondriale Protein apoptosis inducing factor (AIF) hervorgerufen wird. Das fortgeschrittenere nukleäre Apoptosestadium II, das durch eine Caspasen-abhängige Nuklease entsteht, war im Gegensatz dazu nicht nachzuweisen.

Auch konnte eine generelle Beteiligung von Caspasen weder mit direkter Aktivitätsmessung noch mittels Inhibitionsexperimenten oder dem Nachweis von Caspase-spezifischen Substraten gezeigt werden. Insgesamt sprechen die Morphologie der Zellkerne sowie die spezifische Degradation der endothelialen DNS und die Tatsache, daß AIF aus den Mitochondrien transloziert wird, dafür, daß es sich beim endothelialen Zelltod um einen AIF-vermittelten Zelltod ohne Caspasenbeteiligung handelt. Diese Form des Zelltodes ist bereits in anderen Zellmodellen, bisher jedoch noch nicht bei zerebralen Endothelzellen beschrieben worden.

Weitere Charakteristika des hier untersuchten Prozesses sind ein rascher Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentration sowie simultan ein Abfall des mitochondrialen Membranpotentials. Hierbei scheinen die Veränderungen der intrazellulären Calciumkonzentration ursächlich für die Zelltodinduktion zu sein, da es bei Hemmung des Calciums durch den Calciumchelator BAPTA-AM zu einer deutlichen Inhibierung der Zellschädigung kommt.

Desweiteren konnten in der vorliegenden Arbeit Wasserstoffperoxid und Pneumolysin als ursächliche Auslöser des endothelialen Zelltod identifiziert werden. Die zytotoxische Potenz des Pneumolysins ist dabei an dessen Poren-formende Aktivität gebunden.

Abbildung 29 faßt die in dieser Arbeit identifizierten Mechanismen der Schädigung zerebraler Endothelzellen durch S. pneumoniae schematisch zusammen.


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Abbildung 29: Schematische Zusammenfassung der Mechanismen beim S. pneumoniae-induzierten endothelialen Zelltod. AIF = apoptosis inducing factor. H2O2 = Wasserstoffperoxid. BAPTA-AM (Bis-ethyleneglycol-tetraacetic acid, tetraacetoxymethyl ester) = intrazellulärer Calciumchelator. Endo G = Endonuklease G

Die Ergebnisse dieser Arbeit sind von klinischer Relevanz, da es bei einer Bakteriämie bzw. während der Invasion der Pneumokokken in das ZNS zu einem direkten Kontakt zwischen Bakterien und zerebralen Endothelzellen, als wichtigem Bestandteil der Blut-Hirn-Schranke kommt. Zum Schutz der Blut-Hirn-Schranke könnten adjuvante Therapeutika entwickelt werden, die vom Wirkprinzip an einem oder mehreren der hier untersuchten Mechanismen ansetzen könnten. Beispielweise wäre der adjuvante Einsatz von Wasserstoff-abbauenden, antioxidativen Agentien oder von AIF-inhibierenden Antikörpern vorstellbar. Dies gilt es, in entsprechenden in-vivo-Experimenten zu überprüfen.


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09.03.2005