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Charakterisierung der Diphtherietoxin-vermittelten Mortalität im transgenen CD11cDTR Mausmodell

Männ, Linda

Die Untersuchung immunologischer Funktionen auf Zellebene erfolgt häufig über die Verwendung transgener Mauslinien, die es ermöglichen gezielt Zellsorten kurzzeitig oder dauerhaft zu eliminieren und ihren Einfluss dann bei bestimmten immunologischen Vorgängen zu untersuchen. Neben den konventionellen knock-out Mäusen gibt es die Möglichkeit Zellen über das Einbringen eines Primaten-Diphtherietoxinrezeptors, der sich durch eine höhere Affinität zum Diphtherietoxin (DTX) als der endogene Mausrezeptor auszeichnet, spezifisch zu entfernen. Dabei steht der exogene Rezeptor unter der Kontrolle eines zelltypspezifischen Promotors, wobei die Applikation des Toxins zum Zelltod der rezeptortragenden Zellen führt. Eine dieser transgenen Mauslinien ist die CD11cDTR Maus, bei der CD11c positive Zellen, wie dendritische Zellen oder Alveolarmakrophagen, durch die Gabe von Diphtherietoxin depletiert werden können. Bei Untersuchungen zur Rolle der Alveolarmakrophagen während einer pulmonalen Infektion mit dem humanpathogenen Pilz Aspergillus fumigatus in diesem Modell fiel auf, dass allein die lokale Applikation des Toxins in die Lunge letal war. Durch weitere Versuche hierzu konnte gezeigt werden, dass die letale Wirkung weder durch eine Unterfunktion der Lunge, noch eine erhöhte Pilzlast in der Lunge zu erklären war. Vielmehr wurde demonstriert, dass es zu einer massiven Infiltration von Immunzellen in den Herzmuskel kam, wobei besonders Bereiche, die sich für die Reizweiterleitung verantwortlich zeigten, betroffen schienen. Diese Infiltration durch Leukozyten verursachte zusätzlich schwere Schäden im Herzgewebe und beeinflusste die Repolarisation der Ventrikel während der Erregungsleitung. Zusammengenommen zeigten die Ergebnisse eine spontane, durch Diphtherietoxin induzierte Myokardinfiltration in diesem Modell, die neben schweren Schäden im Herzgewebe zum Tod der Tiere führte. Seit der Originalpublikation zu dieser Mauslinie, die bereits über 1000 Mal zitiert wurde, beobachteten etliche weitere Studien bei Nutzung dieses Modells, eine fehlende Monozytenpopulation im Zusammenhang mit einer Grunderkrankung, welche sie für eine erhöhte Mortalität verantwortlich machten. Unter Berücksichtigung der hier gewonnen Erkenntnisse müssen diese Publikationen ggf. kritisch betrachtet werden, da die Mortalität möglicherweise nicht im Zusammenhang mit der untersuchten Grunderkrankung stand, sondern durch die DTX Applikation ausgelöst wurde. Nichts desto trotz bietet dieses Mausmodell die Möglichkeit als induzierbares Modell für die Infiltration des Myokards zu dienen, wobei die Klärung der mechanistischen Hintergründe neue Erkenntnisse in Bezug auf Erkrankungen des Myokards liefern könnten.

For the characterization of individual cell functions during immunological processes a standard approach is the employment of transgenic mice, which allow an induced depletion of the cell subset of interest. One model for such a conditional cell ablation uses diphtheria toxin (DTX). Animals express the primate diphtheria toxin receptor (DTR), which is characterized by a far stronger affinity to DTX than the murine DTR, under control of a cell type-specific promotor. A DTX challenge of these mice leads to an exclusive death of the primate DTR-expressing cells. A frequently used murine DTR model is the CD11cDTR mouse in which CD11c positive cells, e.g. dendritic cells and macrophage subsets, can be depleted by administration of the toxin. This study employed the CD11cDTR mouse to deeply analyze the function of alveolar macrophages during pulmonary infection with the facultative human pathogenic mold Aspergillus fumigatus. To our surprise, a 100 % lethality could be induced in these mice by i.t. DTX treatment, even without an additional fungal infection. Further investigations revealed that this effect could be linked neither to a defect in pulmonary function nor to an inhibited fungal clearance from the lung. However, a massive cardiac infiltration with leukocytes was found. This infiltration was highly abundant in areas responsible for cardiac conduction and probably led to severe myocardial cell damage, which in turn affected the repolarization of the ventricles in the cardiac cycle. Taken together these findings revealed a spontaneously induced myocardiac cell destruction after a single diphtheria toxin treatment, which ultimately led to the animal’s death. Among >1.000 citations referring to the original publication of the CD11cDTR mouse many studies have described elevated mortality rates as consequence of a missing monocytic cell population in a particular disease model. All these manuscripts are now put under suspicion, as the major cause of death was possibly the DTX induced myocarditis. Nevertheless, these mice also harbor the opportunity to serve as an animal model of inducible myocardial infiltration and by examination of the underlying mechanisms possibly a better understanding of the illness can be achieved.

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Männ, Linda: Charakterisierung der Diphtherietoxin-vermittelten Mortalität im transgenen CD11cDTR Mausmodell. 2016.

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