The Impact of stimulation with an oligonucleotide containing cytosin and guanin on the course of pneumococcal meningitis in mice

Streptococcus pneumoniae ist einer der häufigsten Ursachen für eine bakterielle Meningitis bei Kleinkindern, älteren sowie immungeschwächten Menschen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob eine einmalige intraperitoneale Injektion mit CpG die Immunabwehr des Wirtsorganismus stimulieren und damit den Verlauf einer Pneumokokken-Meningitis beeinflussen kann. Drei Tage vor der Infektion mit S. pneumoniae D39 wurde immunkompetenten, immunsupprimierten und TLR9-defizienten Mäusen 100µg CpG bzw. Pufferlösung intraperitoneal injiziert. Mittels des monoklonalen Anti-Ly6G Antikörper wurde bei einem Teil der Mäuse eine Neutropenie erzeugt. Eine Woche lang wurde ihnen täglich, beginnend 4 Tage vor der Infektion, der Antikörper intraperitoneal injiziert. Nach der Infektion mit S. pneumoniae D39 wurde über einen Zeitraum von 14 Tagen eine Kaplan-Meier-Kurve erstellt sowie der Gesundheitszustand beobachtet. Durch die einmalige Gabe von CpG verlängerte sich die Überlebenszeit signifikant bei den immunsupprimierten Mäusen. Krankheitssymptome traten wesentlich später und deutlich geringer auf und die Überlebensrate verdreifachte sich gegenüber den Kontroll-Mäusen. Ähnliche Ergebnisse ergaben sich bei den immunkompetenten Mäusen mit einer Verdoppelung der Überlebensrate. Bei den TLR9-defizienten Mäusen konnte kein Effekt nachgewiesen werden, womit bestätigt wurde, dass die Wirkung des CpGs TLR9-abhängig ist. Eine Erhöhung der CpG-Dosis auf 200µg führte bereits nach 88 Stunden zu einer Sterblichkeitsrate von 100%. In einem weiteren Versuch wurde die Bakterienbelastung sowie der Gehalt an IL-12/IL-23p40, MIP-1α und IFN-γ in Milz, Kleinhirn und Blut, bzw. Serum 24 und 36 Stunden nach der Infektion ermittelt. Bei den immunkompetenten wie auch den immunsupprimierten Mäusen konnte 36 Stunden nach Infektion signifikant mehr Bakterien in den Blutproben der Kontroll-Gruppen nachgewiesen werden als in mit CpG-ODN behandelten Mäusen. Die Bakterientiter von Milz und Kleinhirn waren ebenfalls in den Kontroll-Gruppen erhöht, jedoch nur bei den immunsupprimierten Mäusen signifikant. Es bestand ein Zusammenhang zwischen den erhöhten IL-12/IL-23p40- und MIP-1α-Werten und den niedrigeren Bakterientitern der CpG-Gruppe bei den neutropenischen Mäusen. Da die neutrophilen CD11b+Ly-6G+Ly-6Cint-Granulozyten fehlten, ist anzunehmen, dass die Mikroglia eine entscheidende Rolle bei der Bekämpfung der S. pneumoniae-Infektion spielte und durch CpG stimuliert werden kann.Streptococcus pneumoniae is the most common cause of bacterial meningitis in small children, the elderly and in immunocompromised patients. The aim of this study was therefore, to test if a single intraperitoneal injection of CpG can stimulate the immune system to such a level as to be able to allow the host to overcome pneumococcal meningitis. Three days prior to the infection with S. pneumoniae D39 an intraperitoneal injection with either 100µg CpG or buffer was given to immunocompetent, neutropenic and TLR9-deficient mice. Neutropenia was achieved by applying anti-Ly6G monoclonal antibodies in some of the mice for one week, starting four days before infection. After the infection with S. pneumoniae D39 the mice were monitored for the duration of 14 days and Kaplan-Meier survival analyses were performed. A single administration of CpG significantly improved survival time of neutropenic mice, with the survival rate being three times higher than in mice treated with buffer. In addition, symptoms of disease occurred later and were less severe than in buffer treated mice. Similar results were observed in immunocompetent mice with the survival rate being twice as high as the buffer treated mice. There was no difference between the TLR9-deficient mice, confirming that the effect of CpG is TLR9-dependent. Increasing the CpG dosage up to 200µg led to 100% mortality after 88 hours. We also analysed the bacterial burden and level of IL-12/IL-23p40, MIP-1α and IFN-γ in the spleen, cerebellum, blood and serum 24 and 36 hours following infection. Bacterial burden in blood was significantly higher in buffer treated neutropenic and immunocompetent mice compared to CpG treated mice. Bacterial burden was also high in the spleen and cerebellum of buffer treated mice but only the difference in the neutropenic mice was statistically significant. Our results showed a correlation between high IL-12/IL-23p40- and MIP-1α-levels and a lower bacterial burden in CpG treated neutropenic mice. As the neutropenic mice are lacking CD11b+Ly-6G+Ly-6Cint neutrophils, these results suggest that microglia play an important role in overcoming pneumococcal meningitis and can be stimulated by CpG2020-02-1