The role of NOD2 in the Campylobacter jejuni-induced colitis in a gnotobiotic mouse model

Einleitung: Der zytosolische Rezeptor NOD2 moduliert die Funktionen des angeborenen und erworbenen Immunsystems. Mutationen von NOD2 sind signifikant mit der chronisch entzündlichen Darmerkrankung Morbus Crohn assoziiert. Das Gram-negative Bakterium Campylobacter jejuni ist die häufigste Ursache für bakterielle Durchfallerkrankungen in Europa. Trotz der großen sozi- ökonomischen Bedeutung dieses Krankheitserregers fehlten bisher adäquate Tiermodelle zur Untersuchung der Immunpathologie und der Wirtsinteraktionen. Die Pathogenese der Campylobacteriose ist bisher kaum verstanden. In der vorliegenden Arbeit wurden Funktionen von NOD2 im Rahmen der Infektion mit C. jejuni im Mausmodell untersucht. Methodik: Gnotobiotische Mäuse wurden durch eine mehrwöchige orale Fünffach-Antibiose hergestellt. Diese Tiere sind mit C. jejuni kolonisierbar. Es wurden drei bis vier Monate alte, gnotobiotische WT- und NOD2-/--Mäuse bzw. IL-10-/-- und NOD2-/--IL-10-/--Mäuse mit dem Stamm C. jejuni 81-176 peroral infiziert. Die Tiere wurden täglich untersucht. Am sechsten Tag nach der letzten Infektion wurden mikrobiologische, histologische und immunologische Analysen von Kolon, mesenterialen Lymphknoten und Milz durchgeführt und die Daten statistisch ausgewertet. Ergebnisse: Die C. jejuni- Infektion führte in gnotobiotischen WT- und NOD2-/--Tieren zu keiner sichtbaren Symptomatik. Allerdings wurde die NOD2-Expression bei den WT-Tieren im Darm durch die Kolonisierung mit C. jejuni gehemmt. Auch verursachte die C. jejuni-Infektion einen Anstieg der Produktion der Zytokine TNF-a, MCP-1, IL-6, IL-10, IFN-g, IL-17A und IL-22. Dabei zeigte sich eine NOD2-vermittelte Hemmung der Konzentration von NO, TNF-a, MCP-1, IL-6 und IL-10. Anschließend wurden gnotobiotische IL-10-/-- und NOD2-/--IL10-/--Tiere mit C. jejuni infiziert. In diesen Tieren entwickelte sich eine massive, ulzerierende Kolitis mit makroskopischer Beein-trächtigung der Tiere und Anstieg der Konzentration der Zytokine IL-1-b, NO, TNF-a, IL-6, MCP-1, IFN-g, IL-17A und IL-22 im Kolon. Auch hier reduzierte die C. jejuni-Infektion die NOD2-Expression bei den IL-10-/--Tieren. NOD2 verschlechterte die Symptomatik dieser Tiere und deren Histopathologie im Kolon. Allerdings wiesen die NOD2-/--IL10-/--Tiere trotz besserer Symptomatik höhere Konzentrationen an MCP-1, IL-6, IFN-g und IL-22 im Darm im Vergleich zu den IL-10-/--Kontrolltieren auf. Schlussfolgerung: In beiden Modellen regulierte und begrenzte NOD2 die Aktivierung des angeborenen und erworbenen Immunsystems durch Hemmung der Produktion sowohl pro- als auch antiinflammatorischer Zytokine. Diese hemmende Wirkung von NOD2 auf die Zytokinproduktion wurde durch Hemmung der NOD2-Expression im Rahmen der C. jejuni-Infektion bereits vermindert. In beiden Modellen könnte eine NOD2-vermittelte Hemmung des Toll- like-Rezeptor Signalwegs für die vermehrte Zytokinproduktion in NOD2-defizienten Tieren verantwortlich sein. Eine NOD2-vermittelte Hemmung der Immunantwort via Hemmung der TLR2-Immunantwort wurde bereits im Rahmen anderer Forschungsarbeiten nachgewiesen. Auch sind TLR2- und TLR4-vermittelte Signalwege für die durch C. jejuni vermittelte Entzündung im Kolon essentiell.Introduction: The cytosolic pattern recognition receptor NOD2 modulates responses of the in-nate and the adaptive immune systems. Mutations of NOD2 are significantly associated with Crohn’s disease, an inflammatory bowel disease. The Gram-negative bacteria Campylobacter jejuni causes the most frequent cause of bacterial diarrhea in Europe. Despite its socio-economic impact adequate models for the investigation of C. jejuni infection and inflammation are still lacking. The pathogenesis of Campylobacteriosis is poorly understood. Therefore, functions of NOD2 were investigated in the novel gnotobiotic murine C. jejuni infection models. Methods: Gnotobiotic mice generated by an oral, quintuple antibiotic regime are susceptible to C. jejuni infection. Three to four months old WT- and NOD2-/--mice, and IL-10-/-- and NOD2-/--IL-10-/--mice respectively, were infected with the C. jejuni strain 81-176 perorally. The animals were controlled each day and sacrificed on day six. Microbiological, histological and immunological analyses were performed and statistically evaluated. Results: Gnotobiotic WT- and NOD2-/--mice were infected with C. jejuni. The infection caused no symptomatic outcome but it decreased the expression of NOD2 in the WT-mice. The infection increased concentrations of pro- as well as anti-inflammatory cytokines of the innate and adaptive immune systems (namely TNF-a, MCP-1, IL-6, IL-10, IFN-g, IL-17A and IL-22). NOD2 inhibited the production of NO, TNF-a, MCP-1, IL-6 and IL-10 in the intestines. Secondly gnotobiotic IL-10-/-- and NOD2-/--IL-10-/--mice, infected with C. jejuni, showed a mas-sive ulcerative colitis accompanied by clinical symptoms and an increase of IL-1-b, NO, TNF-a, IL-6, MCP-1, IFN-g, IL-17A and IL-22 in the colon. Here too the infection by C. jejuni caused a decreased expression of NOD2 in IL-10-/--mice. NOD2 aggravated the clinical outcome of the animals and the histopathology in the colon. Anyway mice deficient in NOD2 showed signifi-cantly higher levels of MCP-1, IL-6, IFN-g and IL-22 as compared to IL-10-/--control mice. Conclusion: In both murine models NOD2 regulates and limits the activation of the immune system by inhibiting the production of pro- as well as anti-inflammatory cytokines. This inhibitory function of NOD2 was already diminished by decrease of the expression of NOD2 follow-ing C. jejuni infection. It can be assumed that in both models a NOD2 mediated inhibition of Toll-like-receptor signaling was responsible for the augmented cytokine production in NOD2-deficient animals. Inhibition of TLR2-responses by NOD2 has been already described in earlier studies. It is already known that TLR2- and TLR4-signaling is essential for C. jejuni-mediated inflammation in the colon