Studies on host-pathogen interactions at mucosal barrier surfaces using the murine intestinal parasite Eimeria falciformis

Abstract

Wir nutzten in dieser Studie den apikomplexen Parasiten Eimeria falciformis als Modell. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das in infizierten Wildtypmäusen dominierende Zytokin IFN-γ für Immunschutz und für die Entwicklung der Darmpathologie entbehrlich war. E. falciformis-infizierte IFN-γR-/- and IFN-γ-/- Mäuse zeigten extremen Körpergewichtsverlust und starke Pathologie im Darm. Die Entwicklung des Parasiten in diesen Mäusen war überraschenderweise reduziert. Diese Beobachtungen gingen mit einer drastisch erhöhten Produktion von parasiten-spezifischem IL-17A und IL-22 durch CD4+ T Zellen einher. Gleichzeitige Neutralisierung von IL-17A und IL-22 in E. falciformis-infizierten IFN-γR-/- Mäusen verringerte den Körpergewichtsverlust und die Darmpathologie, und führte zu einer erhöhten Ausscheidung von Parasiten. Die Behandlung einer E. falciformis-infizierten intestinalen Epithelzelllinie mit IL-17A oder IL-22 führte zu einer signifikant reduzierten Entwicklung von E. falciformis in vitro. Diese Daten demonstrieren erstmalig einen anti-parasitären Effekt von IL-22 im Darm und deuten auf redundante Rollen von IL-17A und IL-22 im Hinblick auf die Förderung von Darmpathologie in Abwesenheit von IFN-γ hin. Um E. falciformis als Modellsystem weiter zu entwickeln, haben wir die Transfektion von E. falciformis Sporozoiten mit verschiedenen Plasmiden die den Reporter YFP und den Resistenzmarker DHTS enthalten etabliert. Rektal in Mäuse injizierte Sporozoiten entwickelten sich erfolgreich zu Oocysten, wenn auch mit geringerer Effizienz im Vergleich zur oralen Infektion mit Oozysten. Wiederholte in vivo Selektion YFP-exprimierender Oozysten führte zu Populationen mit maximal 34 % YFP-exprimierenden Parasiten. Wir demonstrieren in dieser Arbeit zum ersten Mal die Transfektion von E. falciformis und zeigen Perspektiven im Hinblick auf die Etablierung einer stabil transgenen Parasitenlinie auf.

The roles of Th1 and Th17 responses as mediators of host protection and pathology in the intestine are the subjects of intense research. Here we investigated a model of intestinal inflammation driven by the intracellular apicomplexan parasite Eimeria falciformis. Although IFN-γ was the predominant cytokine during E. falciformis infection in wild type mice, it was found to be dispensable for host defence and the development of infection-driven intestinal inflammation. E. falciformis-infected IFN-γR-/- and IFN-γ-/- mice developed dramatically exacerbated body weight loss and intestinal pathology, but surprisingly harboured fewer parasites. This was associated with a striking increase in parasite-specific IL-17A and IL-22 production in the mesenteric lymph nodes and at the site of infection. Concurrent neutralisation of IL-17A and IL-22 in E. falciformis infected IFN-γR-/- mice resulted in a reduction in infection induced body weight loss and inflammation and significantly increased parasite shedding. Taken together these data demonstrate for the first time an anti-parasitic effect of IL-22 during an intestinal infection and suggest that IL-17A and IL-22 have redundant roles in driving intestinal pathology in the absence of IFN-γ signalling. To further develop E. falciformis as a model system, we established transfection of E. falciformis sporozoites using various plasmids that contain the fluorescent reporter YFP and the resistance marker DHTS. Sporozoites applied rectally to mice were shown to complete their life cycle, albeit with a lower efficiency in comparison to oral infection with oocysts. Repeated in vivo selection using pyrimethamine and/or FACS and manual sorting led to a maximum percentage of 34 % YFP-expressing oocysts. Taken together, we demonstrate for the first time transfection of E. falciformis and provide perspectives for further work on the establishment of a stable transgenic parasite line.