Flagellin ist der essentielle Faktor der E. coli Nissle vermittelten Expression von humanem β-Defensin-2

Hintergrund: E. coli Nissle (EcN) hat sich als Alternative zu 5-ASA in der Remissionserhaltung bei der Colitis ulcerosa bewährt. Wir berichteten kürzlich von der Fähigkeit dieses Probiotikums die angeborene Immunabwehr durch Induktion des antimikrobiellen Peptids hBD-2 in Darmepithelzellen anzuregen. Ziel der vorliegenden Studie war die Identifikation der für die hBD-2 Induktion verantwortlichen Komponente.

Methoden: Verschiedene EcN Mutanten mit Deletion bekannter Fitnessfaktoren wurden in Zellkultur auf ihre Fähigkeit, hBD-2 zu induzieren, untersucht. CaCo-2 Zellen wurden mit dem Kulturüberstand hitzeinaktivierter Bakterien inkubiert und die hBD-2 Induktion mittels Reportergenassay oder Realtime-PCR bestimmt. Flagellin von diversen Bakterien wurde präparativ isoliert (u.a. EcN, S. enteritidis), mittels Western-Blot charakterisiert und in Zellkultur eingesetzt. Die Blockierung der hBD-2 Induktion erfolgte durch Koinkubation mit anti H1-Flagellin.

Ergebnisse: EcN Überstand besaß ein deutlich höheres Potential als das Pellet in der hBD-2 Induktion in CaCo-2 Zellen als Hinweis auf einen löslichen sezernierten oder abgeschilferten Faktor. Von diversen untersuchten Mutanten, verloren nur diejenigen ihre Fähigkeit zur hBD-2 Induktion, welche essentiell für die koordiniert ablaufende Flagellensynthese sind (Flagellin, Haken und Sigmafaktor). Durch Komplementation erlangten sie ihre induzierende Fähigkeit vollständig zurück. Passend hierzu, vermochte isoliertes Flagellin (u.a. von E. coli Nissle, S. enteritidis) die hBD-2 mRNA Expression zu induzieren. Koinkubationsexperimente mit H1-Flagellin Antiserum schwächten die hBD-2 Induktion durch E. coli Nissle Überstand bzw. Flagellin um 70% bzw. 50% ab.

Schlussfolgerung: Mutierte E. coli Nissle Stämme (ΔfliC, ΔfliA und ΔflgE) mit dem Verlust der vollständigen Flagellensynthese sind unfähig, hBD-2 zu induzieren. In Übereinstimmung hierzu zeigte sich, dass isoliertes Flagellin für die hBD-2 Expression ausreichend ist. Flagellin ist somit der für die E. coli Nissle vermittelte hBD-2 Genexpression essentielle Faktor. Dessen immunmodulatorische Eigenschaften könnte somit das mechanistische Prinzip sein, welches der Remissionserhaltung der Colitis ulcerosa mit E. coli Nissle zugrunde liegt.