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RNase 7 ist die dominante RNase der Haut und eines der AMP mit dem größten Wirkungsspektrum. Es wird konstitutiv exprimiert und ist selbst induzierbar. Diese vielfältigen Eigenschaften machen RNase 7 zu einem sehr interessanten AMP für die Forschung und ggf. auch für die zukünftige Entwicklung neuer Therapiestrategien. Verschiedene Arbeiten suggerieren, dass RNase 7 wahrscheinlich eine wichtige Rolle in der Abwehr von Keimen während einer Infektion oder eines Inflammationsprozesses in der Haut spielt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass RNase 7 bereits in geringer Dosierung antimikrobiell gegen Pseudomonas aeruginosa wirkt. Die Expression von RNase 7 in Keratinozyten kann auch durch P. aeruginosa selbst induziert werden. Hinsichtlich der Aufklärung der beteiligten Signalwege konnte mit Antikörpern, Inhibitoren und siRNA eine Signalvermittlung sowohl über den EGFR- als auch über den TLR5-Signalweg gezeigt werden. Dabei wurde die EGFR-Beteiligung auch im ex vivo Hautmodel und im 3D-Hautäquivalent gezeigt werden. Weiterhin konnte dargestellt werden, dass es möglicherweise zur Transaktivierung des EGFR nach TLR5 Aktivierung und der Aktivierung von ADAM17 kommt. RNA wird bei Verwundung frei und induziert pro-inflammatorische Zytokine, die im weiteren Verlauf einer Verwundungsreaktion zu einer vermehrten Entzündung beitragen können. Dass RNase 7 auch eine immunmodulatorische Rolle bei der Wundheilung spielen könnte, zeigten in vitro Versuche mit dem RNA-Strukturanalogon poly I:C. RNase 7 ist, aufgrund seiner RNase Eigenschaften, in der Lage RNA zu degradieren und hemmt die RNA-vermittelte Induktion pro-inflammatorischer Zytokine. Der Ribonuklease Inhibitor (RI) könnte durch Komplexbildung mit RNase 7 eine regulatorische Rolle bei der Entzündungsreaktion spielen. Zusammenfassend untermauern die hier dargestellten Daten, dass RNase 7 eine wichtige Funktion bei der Abwehr von Pathogenen und der Modulation von Entzündungsprozessen nach Verwundung einnimmt. RNase 7 is the dominant RNase in human skin and one of the AMP with the highest range of antimicrobial efficacy. RNase 7 is expressed constitutively and additionally inducible. These versatile properties suggest that RNase 7 is a very promising AMP for research and may be a suitable AMP for the future development of new therapy strategies. Different studies suggest that RNase 7 presumably plays an important role in the defense against microorganisms during infective and inflammatory processes in human skin. These data confirmed that RNase 7 is antimicrobially active against Pseudomonas aeruginosa in low micromolar concentrations. While constitutively expressed, RNase 7 levels are further inducible by P. aeruginosa in keratinocytes. However, the involved signaling pathways are only scarcely investigated. The use of antibodies, inhibitors and siRNA revealed a participation of the EGFR- as well as the TLR5-signaling pathways in the P. aeruginosa-mediated RNase 7 expression in keratinocytes. The participation of the EGFR-mediated signaling was subsequently shown in an ex vivo skin model and in a 3D skin equivalent. Furthermore, these results point to a potential EGFR transactivation upon activation of TLR5 and ADAM17. It is known that RNA is released upon wounding and is able to induce pro-inflammatory cytokines which may trigger inflammation in injury processes. In vitro experiments with poly I:C suggest that RNase 7 may play an immunomodulatory role during wound healing. Because of its capacity to degrade RNA, RNase 7 is able to inhibit the induction of RNA-mediated pro-inflammatory cytokines. It was also demonstrated that the complex formation of the ribonuclease inhibitor (RI) with RNase 7 may play a regulatory role during inflammation. Taken together, the results of this thesis substantiate that RNase 7 engages an important role in skin defense and modulation of inflammatory processes in wounding. A better understanding of the importance of RNase 7 in cutaneous defense could lead to new concepts for therapy and prophylaxis of skin diseases and infections.

Die menschliche Haut hat neben anderen Mechanismen antimikrobielle Proteine (AMP) als chemische Barriere gegen Mikroorganismen entwickelt. Ziel der Arbeit war es, die Induzierbarkeit von AMP (Rnase7, Psoriasin, hBD-2, hBD-3) durch Zytokine, bzw. Zytokinkombinationen in humanen Keratinozyten zu analysieren. Die Proteinsekretion der AMP nach Stimulation wurde mittels ELISA bestimmt, die Analyse der Induktion der mRNA-Expression erfolgte mittels „real-time“-RT-PCR. Die Kombination von IFN-? mit IL-17 war besonders potent, um die Protein - und Genexpression der AMP RNase7, hBD-2 und hBD-3 synergistisch zu induzieren. Für Psoriasin ließ sich kein synergistischer Effekt durch diese Zytokinkombination nachweisen. IFN-? mit IL-1ß war hier die einzig potente Kombination. Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Arbeit die Kombination von Zytokinen, v. a. IFN-? plus IL-17 als sehr potenter Induktor der AMP Expression von RNase-7, hBD-2 und hBD-3 in humanen Keratinozyten identifiziert werden.

Shigella flexneri verursacht im Verlauf der Infektion eine massive Enzündungsreaktion sowie Schädigung des humanen Darmepithels. Neutrophile sind die ersten Zellen des angeborenen Immunsystems, welche den Infektionsherd infiltrieren. Diese Zellen greifen Mikroorganismen mittels Phagozytose, Neutrophiler extrazellulärer Fallen (Neutrophil Extracellular Traps, NETs) oder Degranulierung an. In dieser Arbeit haben wir untersucht, wie die Degranulierung von Neutrophilen die Virulenz von Shigellen beeinflußt und konnten zeigen, dass die Exposition von Shigellen mit Proteinen aus den Granula von Neutrophilen die Invasion in Epithelzellen stark erhöht. Während dieser Exposition binden kationische Proteine der Granula an die Oberfläche von Shigella und bewirken eine verstärkte Adhesion, welche dann schließlich zu “Hyperinvasion” führt. Dieser Effekt wird durch Änderungen der Oberflächenladung bewirkt, da eine Lipopolysaccharid (LPS) Mutante mit negativer Oberflächenladung eine zusätzliche erhöhte Hyperinvasion im Vergleich zu Wildtyp Shigellen zeigt. Zusätzlich zur Hyperinvasion bewirkt die Infektion von Epithelzellen mit Shigellen, die mit Granula Proteinen in Kontakt gekommenen sind, eine Verminderung der IL-8 Sekretion. Dieses Zytokin bewirkt eine starke Rekrutierung von Neutrophilen. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass Shigella in der Lage ist, antimikrobielle Proteine des Wirtes zur Erhöhung seiner Virulenz durch Hyperinvasion zu verwenden sowie eine weitere Rekrutierung von Neutrophilen durch Inhibition der IL-8 Sekretion zu verhindern. Somit unterwandert Shigella das angeborenen Immunsystem und nutzt dessen Angriff zu seinem Vorteil., Shigella flexneri is an enteric pathogen that causes massive inflammation and destruction of the human intestinal epithelium. Neutrophils are the first cells of the innate immune system recruited to the site of infection. These cells can attack microbes by phagocytosis, Neutrophil Extracellular Trap (NET) formation and degranulation. Here, we investigated how neutrophil degranulation affects virulence and show that exposure of Shigella to granular proteins enhances infection of epithelial cells. During this process, cationic granular proteins bind to the Shigella surface causing increased adhesion which ultimately leads to hyperinvasion. This effect is mediated by changes in the surface charge, since a lipopolysaccharide (LPS) mutant with a negative surface shows enhanced hyperinvasion compared to wild-type Shigella. In addition, infection with Shigella exposed to granular proteins leads to the inhibition of secretion of the neutrophil attracting cytokine IL-8. We propose that Shigella uses host defense molecules to enhance its virulence by increased infection of its host cells and reduced recruitment of neutrophils after hyperinvasion through inhibition of IL-8 secretion. With this Shigella subverts the innate immune system and uses its attack for its own benefit.