Investigations on the modulation of the cellular immune response by biogenic amines in the fruit fly Drosophila melanogaster

Stress ist ein bekannter Risikofaktor für die Entstehung und Exazerbation chronischer Atemwegserkrankungen wie Asthma. Er induziert die Sekretion neuroendokriner Faktoren wie biogener Amine (BAs), die modulierend auf die angeborene und adaptive Immunantwort wirken können. Zur Aufklärung zugrunde liegender Mechanismen dieser Modulation kann die Taufliege Drosophila melanogaster helfen, denn sie besitzt ausschließlich ein angeborenes Immunsystem, welches auch Makrophagen-ähnliche Zellen (Hämozyten) einschließt. Sie eignet sich daher besonders zur Untersuchung der angeborenen zellulären Immunantwort. In dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob die BAs Octopamin, Tyramin, Dopamin und Serotonin die zelluläre Immunantwort in Drosophila modulieren. Zunächst zeigte sich, dass Hämozyten Rezeptorgene für alle genannten BAs exprimieren und damit grundsätzlich auf diese reagieren können. Die Expression der BA-Rezeptorgene in Hämozyten wies außerdem darauf hin, dass besonders solche präsent sind, deren Aktivierung eine Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration bewirkt. Tatsächlich konnten ex vivo-Versuche mit transgenen Hämozyten eine erhöhte cAMP-Konzentration mit verminderter Phagozytoseaktivität der Zellen und einer Zunahme ihrer Ausbreitungsfläche in Verbindung bringen. Die Stimulation von S2-Zellen mit unterschiedlichen Konzentrationen der BAs erzeugte einen moderaten Anstieg der intrazellulären cAMP-Konzentration, konnte unter den gewählten Versuchsbedingungen jedoch keine Veränderung der Phagozytoseaktivität bewirken. In Infektionsexperimenten mit verschiedenen Rezeptor-defizienten Fliegen konnte gezeigt werden, dass alle Octopamin-Rezeptoren und ein Tyramin-Rezeptor an der Immunantwort gegen das gram-negative Bakterium Pectobacterium carotovorum beteiligt sind. Die in vivo-Versuche weisen daher darauf hin, dass zumindest Octopamin eine besondere Bedeutung für die Immunantwort der Fliege zu haben scheint und zudem einen eher immunprotektiven Charakter hat.Stress is known as risk factor for the development and exacerbation of chronic respiratory diseases such as asthma. It induces the secretion of neuroendocrine factors like biogenic amines (BAs) which can modulate the innate and adaptive immune response. To elucidate underlying mechanisms of this modulation, the fruit fly Drosophila melanogaster can be of help, since it only has an innate immune system which comprises macrophage-like cells (hemocytes). Therefore, it is suited for investigations of the innate cellular immune response. In this thesis, it should be investigated whether the BAs octopamine, tyramine, dopamine and serotonin modulate the cellular immune response in Drosophila. First, it was shown that hemocytes express receptor genes for all named BAs and are therefore capable of reacting to them. Moreover, the expression of BA-receptor genes in hemocytes pointed towards a higher presence of those whose activation induces an increase in intracellular cAMP-levels. In fact, ex vivo experiments with transgenic hemocytes could link an alleviated cAMP-level with decreased phagocytic activity of hemocytes and an increase of their spreading area. The stimulation of S2-cells with different concentrations of BAs generated a moderate increase of the intracellular cAMP-level, but did not induce an alteration in phagocytic activity. In infection experiments with different receptor-deficient flies, it could be shown that all octopamin-receptors and one tyramine-receptor are involved in the immune response against the gram-negative bacterium Pectobacterium carotovorum. The in vivo experiments point towards octopamine having a special relevance for the immune response of the fly. Moreover it appears to have a rather immune-protective character