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Echinococcus granulosus ist ein zoonotischer parasitärer Helminthen, der für eine Langzeitinfektion verantwortlich ist, die als zystische Echinokokkosebekannt ist 1. Bei Zwischenwirten wie Nutztieren und Menschen betrifft die Parasiteninfektion hauptsächlich die Leber und die Lunge, wo sich das Larvenstadium in Form von flüssigkeitsgefüllten Zysten oder Metazestoden entwickelt, die Protoskoleces (selbst eine Larve) enthalten. Wie allen Cestoden fehlt es diesem Parasiten sowohl an Verdauungs- als auch an Ausscheidungssystemen und daher hat er aktive endozytäre und exozytäre zelluläre Prozesse entwickelt, um die Aufnahme und Ausscheidung von Metaboliten sowie die Freisetzung extrazellulärer Vesikel zu regulieren2,3. Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind von Lipiddoppelschichten umschlossene Partikel, die von scheinbar allen Zelltypen sezerniert werden. Insbesondere kleine extrazelluläre Vesikel (sEVs), definiert als EVs, die kleiner als 200 nm sind, unabhängig von ihrem Biogenese-Ursprung4, können als interzelluläre Immunmediatoren wirken. Diese Funktion ist besonders wichtig für Parasiten, die auf die Immunmodulation des Wirts angewiesen sind, um ihr Überleben zu sichern3. Die Immunmanipulation wird durch die Aufnahme von sEVs durch dendritische Zellen des Wirts erreicht, die einzigen Zellen, die in der Lage sind, naive T-Zellen in vivo zu aktivieren und eine adaptive Immunantwort zu initiieren, die zu einer chronischen Infektion durch diese parasitären Würmer führt. Dendritische Zellen, professionelle Antigen-präsentierende Zellen des angeborenen Immunsystems, verarbeiten und laden antigene Peptide auf die Haupthistokompatibilitätskomplexe Klasse I und Klasse II (MHC I und MHC II) und stellen sie auf ihren Membranen für exklusives naives T-Zell-Priming (CD8+ bzw. CD4+ T-Zellen) aus)5. Nachfolgende dendritische Zellen induzieren ihre Reifung durch Induktion der Expression der co-stimulatorischen Marker CD80/CD86 und CD40 und MHC-II und wandern bei Erkennung fremder Antigene aus peripheren Geweben in sekundäre lymphoide Organe, die für exklusives naives T-Zell-Priming geladenwerden 6. Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls besteht daher darin, die Parasit-Wirt-Kommunikation des Helminthen auf realistische Weise zu untersuchen, indem die Verpackung und Abgabe von parasitären Komponenten in Form von sEVs analysiert wird, die beim Erreichen der Immunzellen des Wirts die Entwicklung der Infektion und das Fortschreiten der chronischen parasitären Erkrankung beeinflussen.
Die Analyse der Helminthen-Wirt-Grenzfläche durch die Untersuchung von sEVs hat mehrere Vorteile. Erstens ist das Tegument, die äußere Hülle von Plattwürmern, eine Doppelmembranstruktur, die einen wichtigen Kreuzungspunkt zwischen dem Parasiten und seinem Wirt darstellt und es ermöglicht, dass sEVs leicht aus dieser Struktur erzeugt oder durchdrungen werdenkönnen 7. Zweitens sind sEVs hochgradig mit Proteinantigenen aus allen Stadien des Parasitenlebenszyklus beladen, was die natürliche Art und Weise darstellt, auf der das Immunsystem des Wirts während einer Wurminfektion Antigene probiert 8,9. Aufgrund ihrer biologischen Produktion, ihrer einfachen Reinigung (ohne Gewebeaufschluss oder Proteinfraktionierung) und ihrer direkten Interaktion mit Wirtszellen ermöglichen Helminthen-sEVs die Entwicklung von In-vitro-Experimenten, um die In-vivo-Bedingungen der Parasit-Wirt-Interaktion zu simulieren. Schließlich stellen sEVs die Möglichkeit dar, parasitäre Strukturen zu haben, die von Wirtszellen phagozytiert oder internalisiert werden können, wodurch die Unmöglichkeit überwunden wird, dies bei ganzen Parasiten zu tun, insbesondere bei enzystierten Würmern.
In Anbetracht der genannten Vorteile und der Tatsache, dass Helminthiasen weit verbreitete und typischerweise chronische Krankheiten sind, bei denen Parasiten vermutlich das Immunsystem des Wirts als Überlebensstrategie manipulieren, bietet die Isolierung von von Parasiten abgeleiteten EVs und ihre Untersuchung in Wechselwirkung mit dendritischen Zellen einen wertvollen Rahmen für die Erforschung dieser Immunmodulation10. In diesem Sinne wurde beschrieben, dass die Internalisierung von EVs aus Helminthen, einschließlich Nematoden und Platyhelminthen wie Schistosoma mansoni, Fasciola hepatica, Brugia malayi und E. granulosus, die Reifung und Aktivierung von dendritischen Zellen induziert 9,11,12,13,14,15.
Die Isolierung von aus Helminthen gewonnenen EVs ermöglicht nicht nur die Untersuchung immunologischer Wechselwirkungen, was möglicherweise zur Entwicklung von schützenden Impfstoffen oder Immuntherapeutika für allergische oder Autoimmunerkrankungen führt, sondern erleichtert auch die Erforschung anderer biologischer Wechselwirkungen und Funktionen 8,16,17. In diesem Zusammenhang könnten EVs, die in der natürlichen Geschichte parasitärer Infektionen eine Rolle spielen, genutzt werden, um die Entwicklung von Parasiten und Interaktionen mit spezifischen Wirtszellen zu untersuchen. Darüber hinaus könnten sie als frühe oder differentielle Biomarker für die Diagnose parasitärer Erkrankungen, die Überwachung des therapeutischen Ansprechens und den Beitrag zur Kontrolle und Behandlung parasitärer Infektionen haben17,18.
Darüber hinaus ist, wie bereits gezeigt, das Larvenstadium von E. granulosus anfällig für Veränderungen der zytosolischen Calciumkonzentration, die nicht nur eine Rolle für die Lebensfähigkeit der Parasiten spielen, sondern auch die Exozytoserate steuern19,20. In diesem Zusammenhang und in dem Wissen, dass eine intrazelluläre Kalziumerhöhung die EV-Freisetzung verbessert, könnte die Verwendung eines intrazellulären Kalziumverstärkers wie Loperamid eine entscheidende Strategie sein, um die Anzahl der EVs zu erhöhen. Dieser Ansatz ist besonders interessant für zelluläre Systeme, die große Populationen benötigen, um eine ausreichende Menge an Elektrofahrzeugen für die Fracht- und Funktionsanalyse zu erzeugen 11,21,22. Das aktuelle Protokoll (Abbildung 1) beschreibt die Methoden zur Gewinnung von Reinkulturen des Larvenstadiums von E. granulosus und die Bedingungen, die die sEV-Produktion verbessern. Es beschreibt auch den Arbeitsablauf für die Isolierung und Charakterisierung dieser Vesikel sowie ihre Aufnahme durch murine dendritische Zellen, ein wesentlicher Schritt in der ersten Studie der Modulation des Immunsystems des Wirts.