Adjuvant properties of Toxoplasma gondii for immunotherapy of allergy

Toxoplasma gondii ist ein weltweit verbreiteter, obligat intrazellulärer Parasit. Er befällt eine Vielzahl von Wirten, einschließlich des Menschen und manipuliert deren Immunantwort insofern, dass in Immungesunden eine chronische Infektion ohne begleitende Krankheitssymptome etabliert wird. Epidemiologische Studien haben gezeigt, dass die Inzidenz allergischer Erkrankungen in T. gondii-infizierten Personen niedriger ist. Das ist im Einvernehmen mit der Hygiene-Hypothese, welche postuliert, dass es einen Zusammenhang zwischen westlichem Lebensstil sowie niedrigerer Prävalenz von Infektionskrankheiten und der höheren Allergie Prävalenz gibt. Wir haben bereits zeigt, dass durch die Infektion mit T. gondii die Entstehung von allergischen Erkrankungen im experimentellen Mausmodel verhindert werden konnte. Daher war es von Interesse, zu untersuchen ob und welches Entwicklungsstadium von T. gondii für diese immunomodulatorischen Eigenschaften verantwortlich ist. Folglich wurden Extrakte von zwei unterschiedlichen Entwicklungsstadien des Parasiten, nämlich von Oozysten (OLA) und von Tachyzoiten (TLA) hergestellt und in vitro und in vivo getestet. OLA, ein Extrakt aus T. gondii Oozysten, induziert die in vitro Produktion von proinflammatorischen und regulatorischen Zytokinen in Mäusemilzzellen und dendritische Zellen. Wenn OLA als präventive Behandlung vor einer Sensibilisierung mit Bet v 1 Allergen in einem Mausmodell für Birkenpollenallergie appliziert wurde, reduzierte dieses die Zahl der eosinophilen Granulozyten in der Bronchoalveolar-lavage und verminderte die entzündliche Zellinfiltration und Schleimproduktion in der Lunge. Die Herstellung von OLA ist problematisch, da Oozysten aus Katzenkot gewonnen werden müssen, deshalb möglicherweise bakteriell kontaminiert sein können und zusätzlich die Oozystenkonzentration nicht beeinflussbar ist. Im Vergleich dazu wird TLA Extrakt aus in vitro kultivierten Tachyzoiten aufbereitet; dies garantiert eine stabile Produktion, was diesen Extrakt zu einem bessereren Kandidaten für die Austestung der immunomodulatorischen Eigenschaften macht. Immunisierung mit TLA in immunnaiven Mäusen führte zu einer gemischten Th1/Th2 Immunantwort, welche durch hohe antigen-spezifische IgG1- und IgG2a Titer und verstärkte Produktion von IL-6, IFN, IL-10, IL-4 und IL-5 in murinen Milzzellen charakterisiert wurde. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die immunomodulatorischen Eigenschaften des TLAs glykan-abhängig sind, da de-glykolysiertes TLA keine Zytokin - Produktion in dendritischen Zellen induzieren konnte. Die Applikation von TLA in einem Mausmodell für Ovalbumin-induzierten Allergie als Adjuvans gemeinsam mit einem Antigen führte zu verminderten Atemwegsentzündungen, sichtbar an reduzierter perivaskulärer und peribronchialer Zelleninfiltration, verringerter Th2 Zytokine Produktion in der Lunge und reduzierter Atemwegshyperreaktivität. Hiermit konnte gezeigt werden, dass Extrakte aus unterschiedlichen T. gondii Entwicklungsstadien, ähnlich wie die Infektion mit dem lebenden Parasit, allergische Immunantworten verhindern, bzw. reduzieren können. Diese Ergebnisse zeigen, dass bestimmte Moleküle des Parasiten für die immunomodulatorischen, anti-allergischen Effekte der parasitischen Infektion verantwortlich sein könnten. TLA, der Extrakt aus in vitro kultivierten Tachyzoiten, eignet sich besser als OLA für das weitere Screening und die detaillierte Analyse der vom Parasiten stammenden immunomodulatorischen Moleküle. Das ultimative Ziel ist, diese Moleküle als Adjuvantien in Vakzinen gegen Allergien einzusetzen.Toxoplasma gondii is a protozoan parasite of worldwide prevalence, affecting a great variety of hosts, including humans. The parasite is a very skilled manipulator of the immune system and causes chronic infection without inducing severe symptoms in immunocompetent subjects. Epidemiological data have shown that infection with Toxoplasma is associated with a reduced incidence of allergic diseases, which is in agreement with the hygiene hypothesis that connects westernized life style and lower burden of infectious diseases to increased allergy prevalence. Along these lines we demonstrated that infection with T. gondii prevents the development of experimental allergy in mice and consequently we were interested to analyze if and which developmental stage of the parasite could show the same effect. Therefore extracts prepared from different stages of T. gondii, oocysts (OLA) and tachyzoites (TLA) were tested in vitro and in vivo. OLA, an extract derived from T. gondii oocyst, induced production of pro-inflammatory and regulatory cytokines in mice splenocytes and bone marrow derived dendritic cells (BMDCs) in vitro. When applied as pre-treatment, before sensitization with Bet v 1 allergen in a mouse model of birch pollen allergy, OLA reduced numbers of eosinophils in the bronchoalveolar lavage, as well as reduced perivascular and peribronchial cellular infiltration and mucus production in the lungs. However, the preparation of OLA extract is linked to several problems during the process of collection of T. gondii oocysts, such as obligatory passage through the feline host, possible contaminations with bacterial endotoxin, and varying yields of oocytes. In contrast, TLA extract is derived from in vitro cultured tachyzoites, guaranteeing a stable ex vivo production and thus making it a better candidate for putative anti-allergic treatment. We observed that in vivo TLA triggers a mixed Th1/Th2 immune response with high levels of antigen-specific IgG1 and IgG2a, as well as elevated levels of IL-6, IFN and IL-10, besides IL-4 and IL-5 in the spleen cell cultures. We also showed that the immunomodulatory properties of TLA are glycan-mediated, due to the fact that deglycosylated TLA failed to induce cytokine production in BMDCs in comparison to native antigens. When administrated with a sensitizing antigen in a mouse model of ovalbumin allergy, TLA reduced the development of airway inflammation, as indicated by decreased airway hyperresponsiveness, decreased Th2 cytokine levels in the lungs as well as reduced peribronchial and perivascular inflammatory cells infiltration. Herewith we showed that extracts derived from different T. gondii stages prevent allergic immune responses in a similar manner as infection with the live parasite. The TLA extract prepared from in vitro cultured tachyzoites is more suitable for further screening and in-depth analysis for parasite-derived immunomodulatory molecules with the final goal to use these as immunomodulatory adjuvants in allergy vaccines.submitted by Mirjana DrinicAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität Wien, Diss., 2018(VLID)358387