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The role of tyrosine kinase 2 (TYK2) in the innate immune defence against cutaneous candidiasis
Kristina Schmidhofer
Birgit Strobl
Armin Saalmüller
Masterarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2022
Candida albicans ist ein fakultativ pathogener Pilz. Bei guter Gesundheit ist C. albicans Teil der menschlichen Mikroflora auf Schleimhäuten wie im Mund, im Verdauungs- und Genitaltrakt und auf der Haut. Ein geschwächtes Immunsystem ermöglicht es dem Pilz, in das Gewebe des Wirts einzudringen und Infektionen der Haut, der Schleimhäute und der Nägel zu verursachen. Weltweit haben etwa 1 Milliarde Menschen mit lokalen Pilzinfektionen zu kämpfen. Mehr als 150 Millionen Menschen sind von schweren invasiven Infektionen betroffen, da der Pilz in die Nieren, die Milz und andere Organe eindringen kann, was zu etwa 1,7 Millionen Todesfällen pro Jahr führt. Die Fälle von Resistenz gegen gängige pilztötende Medikamente nehmen zu, und neue therapeutische Ansätze stecken noch in den Kinderschuhen. Es ist daher äußerst wichtig, die molekularen Prozesse besser zu verstehen, die an der Immunantwort des Wirts gegen Pilzerreger beteiligt sind. TYK2 ist eine JAK/STAT-Signalkinase, die für den Schutz vor viralen und bakteriellen Infektionen unerlässlich ist. Die Rolle von TYK2 bei Pilzinfektionen ist jedoch noch weitgehend unerforscht. Frühere Studien unserer Gruppe haben gezeigt, dass TYK2 bei der kutanen Kandidose eine nachteilige Rolle spielt. TYK2-defiziente (Tyk2-/-) Mäuse und Mäuse, die eine kinase-inaktive Version von TYK2 (Tyk2K923E) exprimieren, zeigten am zweiten und vierten Tag nach der Infektion eine geringere Pilzbelastung in der Haut und eine geringere Pilzausbreitung in periphere Organe sowie eine beschleunigte Wundheilung im Vergleich zu wildtyp (WT) Mäusen bei intradermaler Infektion mit C. albicans. Der frühe Phänotyp warf die Hypothese auf, dass die TYK2-Signalübertragung in angeborenen Immunzellen eine nachteilige Rolle bei der Immunabwehr gegen C. albicans Hautinfektionen spielt. Um diese Hypothese zu testen, verwendeten wir Tyk2-/- und Tyk2K923E Mäuse und kreuzten diese mit einem Rag2-/- Mäusen, denen reife T- und B-Zellen fehlen. Die erhaltenen Mäuse wurden intradermal mit C. albicans infiziert. Wir konnten zeigen, dass Rag2-/-, Rag2-/-Tyk2-/- und Rag2-/-Tyk2K923E Mäuse gleichermaßen in der Lage sind, die lokale Infektion zu kontrollieren, was durch eine vergleichbare Pilzbelastung der Haut am vierten und siebten Tag nach der Infektion belegt wird. Überraschenderweise stellten wir fest, dass Hautwunden bei Rag2-/-Tyk2K923E und Rag2-/-Tyk2-/- Mäusen schneller heilten als bei Rag2-/- Mäusen. Im Gegensatz zu dem, was zuvor bei Rag2 kompetenten Mäusen beobachtet wurde, zeigten Rag2-/- Mäuse innerhalb der ersten Woche nach der Infektion kaum eine Pilzausbreitung in die Milz oder die Nieren, unabhängig von der Anwesenheit von TYK2. Im Einklang mit diesen Ergebnissen, konnten wir bei Rag2-/- Mäusen keine Invasion der Pilze in tiefere Gewebe der Haut beobachten. Dies deutet darauf hin, dass T-Zellen oder B-Zellen die Verbreitung von C. albicans in periphere Organe fördern. Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass der TYK2-Signalweg in Abwesenheit von T- und B-Zellen das lokale Wachstum von C. albicans, die Invasion in das Gewebe und die Verbreitung der Pilze in Milz und Nieren innerhalb der ersten sieben Tage nach der intradermalen Infektion nicht beeinflusst. Weiters deuten die Daten des Wundheilungsexperiments darauf hin, dass der TYK2-Signalweg die Wundheilung verzögern kann, obwohl dies noch nicht bestätigt wurde.
Master thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2022
Candida albicans is a facultative pathogenic fungus. In good health, C. albicans is part of the human microflora on mucous membranes such as the mouth, digestive and genital tracts and the skin. A weakened immune system allows the fungus to invade the host´s tissue and cause infections of the skin, mucosal membranes and nails. About 1 billion people worldwide struggle with local fungal infections. More than 150 million people are affected by severe invasive infections as the fungus can disseminate into the kidneys, spleen and other organs, leading to approximately 1.7 million deaths per year. Cases of resistance to common fungicidal drugs are increasing and new therapeutic approaches are still in their infancy. It is thus extremely important to better understand the molecular processes involved in the host immune response against fungal pathogens. TYK2 is a JAK/STAT signalling kinase that is indispensable for the protection against viral and bacterial infections. However, the role of TYK2 in fungal infections is largely unexplored. Previous studies in our group showed that TYK2 has a detrimental role in cutaneous candidiasis. TYK2 deficient (Tyk2-/-) mice and mice that express a kinase-inactive version of TYK2 (Tyk2K923E) showed decreased fungal load in the skin and decreased fungal dissemination to distal organs at day two and four post infection and accelerated wound healing compared to WT mice upon intradermal infection with C. albicans. The early phenotype raised the hypothesis that TYK2 signalling in innate immune cells has a detrimental role in the immune defence against C. albicans skin infections. To test this hypothesis, we used Tyk2-/- and Tyk2K923E mice on a Rag2-/- background, which lack mature T and B cells, and intradermally infected them with C. albicans. We show that Rag2-/-, Rag2-/-Tyk2-/- and Rag2-/-Tyk2K923E mice are equally able to control the local infection, as evidenced by comparable fungal loads in the skin on day four and day seven post infection. Interestingly, we discovered that skin wounds in Rag2-/-Tyk2K923E and Rag2-/-Tyk2-/- mice healed faster than in Rag2-/- controls. In contrast to what was previously observed in Rag2-3 proficient mice, Rag2-/- animals showed barely any fungal dissemination into the spleen or kidneys within the first week after the infection, irrespective of the presence of TYK2. In line with this, we did not observe fungal invasion into deeper tissues of the skin in Rag2-/- mice. This suggests that T cells or B cells promote C. albicans dissemination to distal organs. Collectively, our data show that in the absence of T and B cells, TYK2 signalling does not affect local C. albicans growth, tissue invasion and dissemination of fungi to spleen and kidneys within the first seven days following intradermal infection. However, the data also indicate that TYK2 signalling may delay wound healing, although this awaits confirmation.
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2022
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