Humane Endothelrezeptoren für den Malaria-Parasiten Plasmodium falciparum (Laveran, 1880)

Abstract

Die Sequestrierung P. falciparum-infizierter Erythrozyten in mikrovaskulären Gefäßen des Gehirns und zahlreichen Organen ist ein Prozess, der bei Malaria tropica für die Entwicklung lebensbedrohlicher Komplikationen verantwortlich ist. Die pathophysiologischen Mechanismen und die Rolle involvierter Wirts- und Parasiten-Moleküle sind bis heute nicht vollständig aufgeklärt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss der Oberflächenmoleküle P-Selektin, CD9 und CD95 auf den Verlauf einer Infektion mit P. falciparum untersucht. Während P-Selektin als Interaktionspartner für parasitierte Erythrozyten bereits beschrieben ist, wurden in dieser Arbeit mittels eines zellbiologischen Ansatzes Hinweise gefunden, dass sowohl CD9 als auch CD95 an der Adäsion von P. falciparum-infizierten Erythrozyten beteiligt sein könnten. In Zytoadhäsions-Versuchen mit unterschiedlichen P. falciparum-Isolaten aus einem hyperendemischen Malariagebiet wurden die Bindungs-eigenschaften der beiden Oberflächenrezeptoren charakterisiert. Bei einer CD95-überexprimierenden Zelllinie ist eine Tendenz zur Bindung infizierter Erythrozyten zu beobachten, eine CD9-überexprimierende Zelllinie zeigt eine signifikante Erhöhung der Adhäsion. Genetische Varianten der drei Rezeptoren wurden innerhalb einer Fall-Kontroll-Studie, bestehend aus 2400 Patienten mit schwerer Malaria und 1900 gesunden Kindern aus Ghana, Westafrika, hinsichtlich einer Assoziation mit dem Auftreten einer schweren Malaria untersucht. Durch Re-Sequenzierung identifizierte Varianten wurden in der gesamten Studienkohorte genotypisiert und anhand der multivariaten logistischen Regression auf Assoziation mit der Erkrankung getestet. Für die untersuchten Varianten von CD9 wurde kein Einfluss auf die Ausprägung einer schweren Malaria festgestellt. Im Gen von P-Selektin wurde ein protektiver Effekt der Variante 40800A>T in der 3´-UTR detektiert (OR 0,61; 95% KI: 0,44-0,85; p=0,003). Eine weitere schützende Variante ist 436 Basenpaare vor dem Transkriptionsstart von CD95 lokalisiert. Heterozygote Träger des Adenosins an dieser Position haben ein um 25% vermindertes Risiko, eine Malaria tropica zu entwickeln (OR 0,75; 95% KI: 0,64-0,88; p=0,00009). Bei homozygoten Trägern beträgt der Schutz 52% (OR 0,48; 95% KI: 0,28-0,83; p=0,009). Anschließende Reportergen-Versuche und FACS-Analysen zur Oberflächenexpression von CD95 auf peripheren mononukleären Zellen lieferten keinen Aufschluss über die funktionelle Relevanz des Promotor-Polymorphismus –436C>A. Die Resultate dieser Arbeit liefern Anhaltspunkte für eine Rolle von P-Selektin, CD9 und CD95 in rezeptorvermittelten Prozessen, die bei einer Infektion mit P. falciparum pathophysiologische Relevanz haben könnten.

Adherence of parasitized red blood cells to deep-organ vascular endothelium is essential for the pathogenesis of severe and life-threatening malaria complications. Despite the medical relevance of the adherence process, the knowledge of host and parasite molecules involved appears incomplete. Therefore, the focus of this work was to characterize P-Selektin, a known receptor for P. falciparum-infected red blood cells, as well as two new receptor candidates, CD9 and CD95. Results of cytoadhesion assays using different P. falciparum field isolates collected from a malaria hyperendemic region point out, that CD9 and CD95 may function as receptors for sequestered parasites in the host. By investigating a cell line overexpressing CD95 a trend towards the adherence of parasitized red blood cells was observed. Compared to the reference cell line the binding of infected erythrocytes to cells overexpressing CD9 was significantly increased. The impact of genetic polymorphisms present in the three molecules on the development of the disease was evaluated in a candidate-gene association study. The study cohort consisted of 2400 severe malaria cases and 1900 healthy controls recruited in Ghana, West Africa. Variants identified by re-sequencing were genotyped and analyzed by multivariate logistic regression analysis. The characterized single nucleotide polymorphisms of CD9 do not exert any influence on the clinical manifestation of severe falciparum malaria in this study group. A variant (40800A>T) localized in the 3´-UTR of the P-Selektin gene provides a 39% reduced risk of developing severe malaria (OR 0,61; 95% CI: 0,44-0,85; p=0,003). A second protective variant was identified at position –436 relative to the transcription start of CD95. Heterozygous carriers of the Adenosin at this position are protected against severe disease by 25% (OR 0,75; 95% CI: 0,64-0,88; p=0,00009), whereas the homozygous state of this allele provides a 52% reduced risk (OR 0,48; 95% CI: 0,28-0,83; p=0,009). Reportergen assays as well as FACS analysis to determine the expression level of CD95 on the surface of peripheral mononuclear cells were conducted in order to investigate the functional consequences of this variant. None of these experiments revealed any clue about the potential protective role of the variant –436A>C of CD95 during an infection with P. falciparum. The obtainded results provide evidence for the involvement of P-Selektin, CD9 and CD95 in receptor-mediated processes in severe malaria pathology.