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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001118-3

IL-10 drives the re-establishment of peritoneal macrophage populations in bacterial peritonitis

  • The aim of this thesis work was to explore the physiological and functional properties of peritoneal macrophage populations in both the steady state and in inflammatory conditions. In the steady state there are two populations of macrophages in the peritoneum which I refer to as the R1 and R2 populations. The R1 cells are a rapidly turning over population which constitute around 20% of the peritoneal macrophages. I show that these cells have the capacity to efficiently present peptides on MHC-II to CD4+ T cells but that they are poor at phagocytosis. Monocytes transferred into the un-infected peritoneum give rise almost exclusively to this R1 population, suggesting that the R1 fate is the default pathway of monocyte development under steady state conditions. In contrast, the R2 population in the peritoneum turns over very slowly in the steady state and is composed of cells which are poor at the presentation of peptide to T cells but which are efficient at phagocytosis. Both of these populations are lost from the peritoneum within an hour of the induction of a poly-microbial peritonitis. A large fraction of the R2 population relocates from the peritoneal wash fraction to the omentum, the fate of the R1 population is less clear. Over the course of the next three days, the macrophage populations in the peritoneum are re-established. Transfer experiments using genetically marked cell populations demonstrated that neither the R1 nor the R2 populations which “disappeared” one hour after infection contributes to the re-established peritoneal wash fraction macrophage pool at day 3. While the re-established R1 population retains the functional properties and the FACS phenotype of the steady state R1 cells, the re-established R2-like population is clearly not identical to the R2 cells present in the pre-infection environment. In particular, this R2-like population can be split into two sub-populations which have non-identical functional properties. In this inflammatory situation monocytes transferred into the peritoneum now acquire the capacity to differentiate not only into R1-like cells but also into R2-like macrophages. I looked for the molecular basis driving this change of monocyte differentiation in the infected peritoneum by using a solid phase cytometry based ELISA procedure to examine the spectrum of cytokines produced in the peritoneum in response to poly-microbial infection. One of the most prominent cytokines produced early in infection is IL-10. To determine whether IL-10 is directly involved in assigning monocyte fate in the peritoneum I looked at the ability of mice carrying a targeted deficiency of either the IL-10 gene or of the IL-10 receptor gene to form the R2-like cells after infection. Neither mouse strain efficiently generates the R2-like population after infection. Adoptive transfer of genetically marked wild type or mutant monocytes into appropriate hosts demonstrated that the effect of IL-10 is not direct. Rather, the IL-10 responding cell produces a mediator which then directs monocyte fate. Thus, the bystander IL-10R deficient monocytes are driven by the mediator produced by wild type monocytes to generate R2 cells with high efficiency. The crucial role of this IL-10 dependent pathway was underscored by supplementation experiments. Mice carrying a targeted deficiency of the IL-10 gene fail to generate the R2 population during peritonitis. However, injection of IL-10 into these animals rescues the capacity to form the R2 population. In addition the normal default pathway of monocyte development in un-infected animals which leads to the R1 population is modulated by injection of IL-10 so that the monocytes can now differentiate into the R2 population. The work presented in this thesis describes the steady state populations of phagocytes in the un-infected peritoneum and the dynamics of these populations during the induction of peritonitis. It also uncovers an IL-10 dependent pathway which regulates the choice of monocyte developmental fate within the peritoneum.
  • Ziel dieser Arbeit war die Erforschung der physiologischen und funktionellen Eigenschaften von peritonealen Makrophagenpopulationen sowohl unter Normal- als auch entzündlichen Bedingungen. Unter normalen Bedingungen gibt es zwei Makrophagenpopulationen im Peritoneum, welche in der vorliegenden Arbeit als R1- und R2-Populationen bezeichnet werden. Die R1-Zellen sind eine sich schnell erneuernde Population, die etwa 20 % der peritonealen Makrophagen ausmacht. Die durchgeführten Experimente zeigen, dass diese Zellen die Fähigkeit besitzen, CD4+ T-Zellen effizient Peptide über MHC-II zu präsentieren. Andererseits ist ihre Phagozytosefähigkeit eingeschränkt. Monozyten, die in ein gesundes Peritoneum transferiert werden, bilden fast ausschließlich diese R1-Population, was darauf schließen lässt, dass die Entwicklung zu R1-Zellen dem Standardweg der Monozytenentwicklung unter normalen Bedingungen entspricht. Im Gegensatz dazu verändert sich die R2-Population im Peritoneum nur sehr langsam unter normalen Bedingungen und ist aus Zellen zusammengesetzt, die schlecht präsentieren, aber effizient Phagozytose durchführen. Beide Populationen verschwinden innerhalb einer Stunde nach Induktion einer polymikrobiellen Peritonitis aus dem Peritoneum. Ein großer Teil der R2-Population verlagert sich aus der peritonealen Waschfraktion zum Omentum, wohingegen der Verbleib der R1-Population weniger eindeutig ist. Während der nächsten drei Tage sind die Makrophagenpopulationen im Peritoneum wiederhergestellt. Transfer-Experimente mit genetisch markierten Zellpopulationen zeigten, dass weder die R1- noch die R2-Populationen, die eine Stunde nach der Infektion aus dem Peritoneum verschwinden, zum wiederhergestellten Makrophagen-Pool der peritonealen Waschfraktion am dritten Tag post infectionem beitragen. Während die wiederhergestellte R1-Population ihre funktionellen Eigenschaften und den FACS-Phänotyp, den die Zellen unter normalen Bedingungen haben, beibehält, ist die wiederhergestellte R2-ähnliche Population eindeutig verschieden von den R2-Zellen im Umfeld vor der Infektion. Genauer gesagt kann diese R2-ähnliche Population in zwei Untergruppen unterteilt werden, die keine identischen funktionellen Eigenschaften haben. Bei dieser entzündlichen Situation können in das Peritoneum transferierte Monozyten nicht nur zu R1-ähnlichen Zellen, sondern auch zu R2-ähnlichen Makrophagen differenzieren. Um das molekularen Fundament zu untersuchen, das diese Veränderung der Monozyten-Differenzierung im infizierten Peritoneum hervorruft, wurde das Spektrum der Zytokine, die im Peritoneum als Antwort auf die polymikrobielle Infektion produziert werden, mit Hilfe einer Festphasen-Zytometrie basierten ELISA-Methode untersucht. Eins der bedeutendsten Zytokine, das früh bei einer Infektion gebildet wird, ist IL-10. Um zu ermitteln, ob IL-10 direkt in die Monozytenentwicklung im Peritoneum involviert ist, wurde bei Mäusen mit einer Defizienz des IL-10- oder des IL-10-Rezeptor-Gens die Fähigkeit untersucht, R2-ähnliche Zellen nach Infektion zu bilden. Keiner der beiden Mausstämme bildet die R2-ähnliche Population nach Infektion hinreichend aus. Der adoptive Transfer von genetisch markierten Wildtyp- oder Mutanten-Monozyten in entsprechende Wirte zeigte, dass der Einfluss von IL-10 nicht direkt ist. Vielmehr produziert die auf IL-10 reagierende Zelle einen Mediator, der die Monozytenentwicklung lenkt. Demnach werden die IL-10-defizienten Nachbarmonozyten durch den Mediator, der von Wildtyp-Monozyten produziert wird, angetrieben, mit hoher Effizienz zu R2-Zellen zu differenzieren. Die wichtige Rolle dieses IL-10-abhängigen Weges wurde durch ergänzende Experimente unterstrichen. Mäuse mit einer gezielten Defizienz des IL-10-Gens können keine R2-Population während einer Peritonitis bilden. Allerdings kann durch eine Injektion von IL-10 in diesen Tiere die Fähigkeit, die R2-Population zu bilden, widerhergestellt werden. Außerdem kann der Standardweg der Monozytenentwicklung, der zur R1-Population führt, in nicht-infizierten Tieren durch die Injektion von IL-10 moduliert werden, sodass die Monozyten nun zur R2-Population differenzieren können. Diese Arbeit beschreibt die Phagozytenpopulationen unter normalen Bedingungen im nicht-infizierten Peritoneum und die Dynamik dieser Populationen während der Induktion einer Peritonitis. Außerdem deckt sie einen IL-10-abhängigen Weg auf, der die Monozytenentwicklung im Peritoneum reguliert.

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Metadaten
Author: Huu Hung Nguyen
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001118-3
Title Additional (German):Die Wiederherstellung peritonealer Makrophagenpopulationen bei bakterieller Peritonitis ist IL-10-getrieben
Advisor:Prof Barbara Bröker
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2011/11/22
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2011/11/18
Release Date:2011/11/22
Tag:IL-10, peritonitis, re-establishment of macrophages
GND Keyword:Bauchfellentzündung, Cytokine, Makrophage
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Immunologie u. Transfusionsmedizin - Abteilung Immunologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie