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Fragestellung: Die Ausbildung von Biofilmen gilt als eine Hauptursache für chronische Implantat-assoziierte Knocheninfektionen. Biofilme werden mit einer eingeschränkten Immunantwort verbunden, welche das Überleben der Bakterien begünstigt. In einer vorherigen Studie zeigten wir, dass eine planktonische Umgebung zu einer IRF-3 abhängigen Freisetzung von IFN-β aus Makrophagen führt, welche in der entsprechenden Biofilmumgebung nicht nachgewiesen werden konnte. Die Aktivierung von IRF-3 deutet auf eine Beteiligung des cGAS/STING Signalwegs hin. cGAS erkennt freie DNA im Zytosol und bildet 2'3'-cGAMP, welches STING und nachfolgend IRF-3 aktiviert.

Ziel dieser Studie war es, die Ursache hinter der durch die verschiedenen Umgebungen unterschiedlich ausgelösten IFN-β Makrophagenantwort aufzuklären und die Beteiligung des cGAS/STING/IRF-3 Signalwegs zu untersuchen.

Methodik: RAW 264.7 Makrophagen wurden mit einem cGAS oder STING Inhibitor inkubiert und mit konditionierten Medien (KM, 1:1 eingesetzt mit frischem Zellkulturmedium) von planktonisch kultivierten Staphylococcus aureus (SA) stimuliert. Anschließend wurde die IFN-β Antwort mittels RT-qPCR, FACS und Westernblot analysiert. Zusätzlich wurde der Einfluss der Biofilmumgebung auf die Induktion von IFN-β untersucht. Zudem wurden mögliche bakterielle Mediatoren in den planktonischen sowie Biofilmkulturen analysiert. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mittels Kruskal-Wallis und Mann-Whitney U Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Inhibierung von STING, aber nicht von cGAS, führte zu einer signifikanten Reduktion der IRF-3 abhängigen Bildung von IFN-β und der darauffolgenden Signalwege in mit planktonischen KM stimulierten Makrophagen. Somit wurde die IFN-β Antwort nicht von freier DNA ausgelöst, sondern durch einen direkt STING-aktivierenden Stimulus wie z.B. bakterielle zyklische Dinukleotide. Die mRNA Spiegel der Synthasen für c-di-AMP (DacA) und c-di-GMP (DGC) korrelierten nicht mit der IFN-β Bildung durch Makrophagen, jedoch waren das „agr“ Quorum Sensing System (RNAIII) und die Bildung von Virulenzfaktoren wie Protein A in als Biofilm kultivierten SA herunterreguliert. Die metabolische Umgebung der Biofilm KM (hohe Laktat- und geringe Glukosemengen) hatte keinen Einfluss auf die Induktion von IFN-β durch planktonische KM und die Zugabe des STING-Aktivators 3'3'-cGAMP führte zu einer deutlichen IFN-β Antwort in den Biofilm KM, so dass eine Hemmung der Induktion von IFN-β durch die Biofilmumgebung ausgeschlossen werden kann.

Unsere Daten weisen darauf hin, dass der Stimulus, welcher in einer planktonischen Umgebung von Staphylococcus aureus eine STING/IRF-3 abhängige Freisetzung von IFN-β durch Makrophagen auslöst, in der entsprechenden Biofilmumgebung fehlt. Die IFN-β Makrophagenantwort könnte somit ein zukünftiges Ziel für einen immuntherapeutischen Behandlungsansatz zur Stärkung der Immunabwehr gegen chronische Implantat-assoziierte Knocheninfektionen sein.