Molecular investigation of the interaction of Neutrophil Extracellular Traps with the human pathogen Neisseria meningitidis

Neisseria meningitidis ist ein wichtiger Erreger von Meningitis und Sepsis insbesondere bei jungen Menschen, gleichzeitig sind hohe Raten asymptomatischen Trägertums bekannt. Als die Virulenz begünstigende Faktoren wurden unter anderem die Kapsel, Pili, äußere Membranvesikel (OMV) und Lipopolysaccharid (LPS) identifiziert, die es dem Erreger erleichtern, das menschliche Immunsystem zu überwinden. Dabei war bisher die Rolle von Neutrophil Extracellular Traps (NETs) als neu beschriebene Komponente der angeborenen Immunantwort nicht untersucht worden. NETs stellen spinnennetzartige DNA-Strukturen mit globulären Proteindomänen dar, die aus neutrophilen Granulozyten entstehen und als antimikrobiell gelten. Ziel dieser Arbeit war es, die Wirkung von NETs auf Meningokokken zu charakterisieren und mögliche Resistenzmechanismen der Bakterien zu identifizieren. In den vorliegenden Versuchen konnte gezeigt werden, dass Meningokokken an NETs binden und durch diese in ihrer Proliferation gehemmt werden. Eine Lokalisation der Bakterien an die NETs konnte dargestellt werden, LPS und Pili wurden als wichtige Strukturen für die Vermittlung der NET-Bindung identifiziert. OMVs zeigten sich als protektiv gegenüber dem Einfluss der NETs, indem sie die Bindung der Erreger an die NETs blockierten. Wenig empfindlich zeigten sich die Bakterien gegenüber Histonen als den quantitativ bedeutsamsten NET-Proteinen. Meningokokken schützen sich gegenüber dem Einfluss der NETs durch Ausbildung von Kapsel und LPS mit intakter Phosphoethanolamin-Modifikation. Ebenso vermitteln zwei Cathelicidin-Resistenzgene den Bakterien einen Überlebensvorteil. Keine Rolle bei der NET-Resistenz spielten die untersuchten Effluxmechanismen. Neuere Untersuchungen von Lappann et al. indentifizierten Meningokokken und OMVs als potente NET-Induktoren. Damit könnten durch die relativ NET-resistenten Mikroorganismen andere Abwehrmechanismen der Neutrophilen konterkariert werden und eine Immunevasion begünstigt werden. Genauere Untersuchungen diesbezüglich stehen noch aus.Neisseria meningitidis is an important pathogenic agent of meningitis and sepsis especially in young adults, at the same time high rates of asymptomatic carriage are well-established. Known factors promoting virulence are, among others, the capsule, pili, outer membrane vesicles (OMV) and the lipopolysaccharide (LPS). In host defense against meningococcal disease, the role of Neutrophil Extracellular Traps (NETs), a recently described component of the innate immune response, had not yet been investigated. NETs are web like structures with globular protein domains that arise from neutrophil granulocytes and are considered being antimicrobial. The aim of the present study was to further investigate interactions between N. meningitidis and NETs and to identify possible resistance mechanisms of meningococci. In this thesis I could demonstrate that meningococci bind to NETs and are therewith being restricted in proliferation. A localization of bacteria to NETs was illustrated, and the mediating effect of LPS and pili on binding was identified. OMVs were shown to be protective against the properties of NETs by blocking the binding of pathogens to NETs. Bacteria were minor sensitive to histones which represent the quantitatively most significant group of proteins in NETs. Meningococci are protected against the effect of NETs by the formation of capsule and LPS when correctly modified with phosphoethanolamine. Two genes involved in cathelicidin resistance were shown to be beneficial on the survival of the bacteria. The investigated efflux mechanisms did not affect resistance to NETs though. Recent data by Lappann et al. identified the role of meningococci and OMVs as potent inducers of NET-formation. This might be a strategy of the NET-resilient microorganism to thwart neutrophil phagocytosis or degranulation and to facilitate immune escape, which is yet to be investigated