Functional and molecular characteristics of a helminth immunomodulator-induced suppressive macrophage population

Abstract

Helminthen besitzen effektive Strategien um das Immunsytem ihrer Wirte zu modulieren. Sie sekretieren Moleküle mit deren Hilfe Immunzellen unterdrückt werden und verhindern dadurch Immunantworten, die ihnen schaden. AvCystatin ist ein Cystein-Protease-Inhibitor der Filarie Acanthocheilonema viteae. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass dieses Molekül in Makrophagen MAPK (p38, ERK) sowie Transkriptionsfaktoren (CREB, STAT3) anspricht und zur Expression von spezifischen Markergenen führt, die eine M2a/M2b Makrophagen-Aktivierung repräsentieren. Ein intravenöser Transfer solcher Zellen 18-20 Stunden nach Stimulation mit AvCystatin führte in Mäusen zu einer signifikanten Reduktion von wichtigen Merkmalen der Ovalbumin-induzierten Atemwegshyperreaktivität wie Schleimproduktion, Th2 Zytokinen, IgE und Eosinophilen. Die Linderung von Krankheitsparametern war mit einem lokalen und systemischen Anstieg von IL-10 assoziiert. Unter Verwendung eines in vitro Systems zeigte sich, dass AvCystatin induzierte Makrophagen einen löslichen Faktor sekretieren, der eine IL-10-Produktion durch CD4+ T-Zellen induziert und parallel die Produktion von IL-13, IL-2 und IFN-gamma unterdrückt. Um zu untersuchen, ob die suppressive Aktivität der AvCystatin-Makrophagen auf Entzündungsprozesse der Atemwege beschränkt ist, wurde ein Makrophagen-Transfer in Tiere durchgeführt, die unter DSS-induzierter Kolitis litten. Eine einmalige Gabe von Zellen verhinderte den Verlust von Körpergewicht, eine Verkürzung des Kolons und verminderte die Migration entzündungsvermittelnder Zellen in die Lamina Propria. Im Gegensatz zum Krankheitsmodell der Ovalbumin-induzierten Atemwegshyperaktivität korrelierten die Effekte nicht mit erhöhten Mengen an IL-10. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass AvCystatin Makrophagen adressiert und eine immunsuppressive Population generiert, welche Mäuse im Kontext von Atemwegsentzündung und Kolitis gegen überschießende Immunantworten schützen kann.

Helminth parasites possess effective strategies to modulate the immune system of their hosts. They release molecules which target immune cells and prevent reactions directed against them. AvCystatin is a cysteine protease inhibitor secreted by the nematode Acanthocheilonema viteae. The present thesis shows that this molecule modulates signaling pathways in murine macrophages through activation of MAPK (p38, ERK) and transcription factors (CREB, STAT3). Such macrophages express specific marker genes reflecting M2a/M2b activation. A single intravenious transfer of macrophages 18-20 hours after treatment with AvCystatin significantly reduced major parameters of ovalbumin-induced airway hyperreactivity in mice such as mucus production, Th2 cytokines, IgE and recruitment of eosinophils to the airways. The amelioration of inflammation was associated with significantly increased levels of local and systemic IL-10. By using an in vitro co-culture assay AvCystatin-induced macrophages were shown to secrete a soluble factor which induces IL-10 in CD4+ T cells and in parallel to suppress production of IL-13, IL-2 and IFN-gamma. To evaluate whether the suppressive potential of AvCystatin-macrophages is restricted to airway inflammation, macrophages were administered to animals suffering from DSS-induced colitis. A single application of cells into the tail vein sufficiently prevented body weight loss, colon shortening and suppressed the influx of inflammatory cells to the lamina propria. In contrast to the model of ovalbumin-induced airway inflammation the effects were not associated with increased levels of IL-10. On the whole these findings show that the helminth immunomodulator AvCystatin targets macrophages thereby inducing a distinct immunosuppressive population which protects mice against overshooting immune responses in disease models for airway and intestinal inflammation.