The effect of ageing on macrophage Toll-like receptor-mediated responses in the fight against pathogens

The cellular changes during ageing are incompletely understood yet immune system dysfunction is implicated in the age-related decline in health. The acquired immune system shows a functional decline in ability to respond to new pathogens whereas serum levels of cytokines are elevated with age. Despite these age-associated increases in circulating cytokines, the function of aged macrophages is decreased. Pathogen-associated molecular pattern receptors such as Toll-like receptors (TLRs) are vital in the response of macrophages to pathological stimuli. Here we review the evidence for defective TLR signalling in normal ageing. Gene transcription, protein expression and cell surface expression of members of the TLR family of receptors and co-effector molecules do not show a consistent age-dependent change across model systems. However, there is evidence for impaired downstream signalling events, including inhibition of positive and activation of negative modulators of TLR induced signalling events. In this paper we hypothesize that despite a poor inflammatory response via TLR activation, the ineffective clearance of pathogens by macrophages increases the duration of their activation and contributes to perpetuation of inflammatory responses and ageing.

Vascular cell responsiveness to toll-like receptor ligands in carotid atheroma

Background Atherosclerosis is potentiated by stimulation of Toll-like receptors (TLRs), which serve to detect pathogen associated molecular patterns (PAMPs). However little is known of which PAMPs may be present in atheroma, or capable of stimulating inflammatory signalling in vascular cells. Materials and Methods DNA extracted from human carotid atheroma samples was amplified and sequenced using broad-range 16S gene specific primers to establish historical exposure to bacterial PAMPs. Responsiveness of primary human arterial and venous endothelial and smooth muscle cells to PAMPs specific for each of the TLRs was assessed by measurement of interleukin-8 secretion and E-selectin expression. Results Extracts of atheromatous tissue stimulated little or no signalling in TLR-transfected HEK-293 cells. However, sequencing of bacterial DNA amplified from carotid atheroma revealed the presence of DNA from 17 different bacterial genera, suggesting historical exposure to bacterial lipopeptide, lipopolysaccharide and flagellin. All cells examined were responsive to the ligands of TLR3 and TLR4, poly inosine:cytosine and lipopolysaccharide. Arterial cells were responsive to a wider range of PAMPs than venous cells, being additionally responsive to bacterial flagellin and unmethylated cytosine-phosphate-guanosine DNA motifs, the ligands of TLR5 and TLR9, respectively. Cells were generally unresponsive towards the ligands of human TLR7 and TLR8, loxoribine and single stranded RNA. Only coronary artery endothelial cells expressed TLR2 mRNA and responded to the TLR2 ligand Pam3CSK4. Conclusions Vascular cells are responsive to a relatively diverse range of TLR ligands and may be exposed, at least transiently, to ligands of TLR2, TLR4, TLR5 and TLR9 during the development of carotid atheroma.

Paracellular permeability is increased by basal lipopolysaccharide in a primary culture of colonic epithelial cells; an effect prevented by an activator of Toll-like receptor-2

Lipopolysaccharide (LPS), which generally activates Toll-like receptor 4 (TLR4), is expressed on commensal colonic bacteria. In a number of tissues, LPS can act directly on epithelial cells to increase paracellular permeability. Such an effect in the colon would have an important impact on the understanding of normal homeostasis and of pathology. Our aim was to use a novel primary culture of colonic epithelial cells grown on Transwells to investigate whether LPS, or Pam(3)CSK( 4), an activator of TLR2, affected paracellular permeability. Consequently, [(14)C]-mannitol transfer and transepithelial electrical resistance (TEER) were measured. The preparation consisted primarily of cytokeratin-18 positive epithelial cells that produced superoxide, stained for mucus with periodic acid-Schiff reagent, exhibited alkaline phosphatase activity and expressed TLR2 and TLR4. Tight junctions and desmosomes were visible by transmission electron microscopy. Basally, but not apically, applied LPS from Escherichia coli increased the permeability to mannitol and to a 10-kDa dextran, and reduced TEER. The LPS from Helicobacter pylori increased paracellular permeability of gastric cells when applied either apically or basally, in contrast to colon cells, where this LPS was active only from the basal aspect. A pan-caspase inhibitor prevented the increase in caspase activity caused by basal E. coli LPS, and reduced the effects of LPS on paracellular permeability. Synthetic Pam(3)CSK(4) in the basal compartment prevented all effects of basal E. coli LPS. In conclusion, LPS applied to the base of the colonic epithelial cells increased paracellular permeability by a mechanism involving caspase activation, suggesting a process by which perturbation of the gut barrier could be exacerbated. Moreover, activation of TLR2 ameliorated such effects.

Oxidized phospholipid inhibition of toll-like receptor (TLR) signaling is restricted to TLR2 and TLR4 roles for cd14, lps-binding protein, and md2 as targets for specificity of inhibition

The generation of reactive oxygen species is a central feature of inflammation that results in the oxidation of host phospholipids. Oxidized phospholipids, such as 1-palmitoyl-2-arachidonyl-sn-glycero-3-phosphorylcholine (OxPAPC), have been shown to inhibit signaling induced by bacterial lipopeptide or lipopolysac-charide (LPS), yet the mechanisms responsible for the inhibition of Toll-like receptor (TLR) signaling by OxPAPC remain incompletely understood. Here, we examined the mechanisms by which OxPAPC inhibits TLR signaling induced by diverse ligands in macrophages, smooth muscle cells, and epithelial cells. OxPAPC inhibited tumor necrosis factor- production, IB degradation, p38 MAPK phosphorylation, and NF-B-dependent reporter activation induced by stimulants of TLR2 and TLR4 (Pam3CSK4 and LPS) but not by stimulants of other TLRs (poly(I·C), flagellin, loxoribine, single-stranded RNA, or CpG DNA) in macrophages and HEK-293 cells transfected with respective TLRs and significantly reduced inflammatory responses in mice injected subcutaneously or intraperitoneally with Pam3CSK4. Serum proteins, including CD14 and LPS-binding protein, were identified as key targets for the specificity of TLR inhibition as supplementation with excess serum or recombinant CD14 or LBP reversed TLR2 inhibition by OxPAPC, whereas serum accessory proteins or expression of membrane CD14 potentiated signaling via TLR2 and TLR4 but not other TLRs. Binding experiments and functional assays identified MD2 as a novel additional target of OxPAPC inhibition of LPS signaling. Synthetic phospholipid oxidation products 1-palmitoyl-2-(5-oxovaleryl)-sn-glycero-3-phosphocholine and 1-palmitoyl-2-glutaryl-sn-glycero-3-phosphocholine inhibited TLR2 signaling from 30 µM. Taken together, these results suggest that oxidized phospholipid-mediated inhibition of TLR signaling occurs mainly by competitive interaction with accessory proteins that interact directly with bacterial lipids to promote signaling via TLR2 or TLR4.

25-hydroxycholesterol, 7β-hydroxycholesterol and 7-ketocholesterol upregulate interleukin-8 expression independently of Toll-like receptor 1, 2, 4 or 6 signalling in human macrophages

Recent studies have shown that Toll-like receptor (TLR)- signalling contributes significantly to the inflammatory events of atherosclerosis. As products of cholesterol oxidation (oxysterols) accumulate within atherosclerotic plaque and have been proposed to contribute to inflammatory signalling in the diseased artery, we investigated the potential of 7-ketocholesterol (7-KC), 7β-hydroxycholesterol (7β-HC) and 25-hydroxycholesterol (25-HC) to stimulate inflammatory signalling via the lipid-recognising TLRs 1, 2, 4 and 6. Each oxysterol stimulated secretion of the inflammatory chemokine interleukin-8 (IL-8), but not I?B degradation or tumour necrosis factor- release from monocytic THP-1 cells. Transfection of TLR-deficient HEK-293 cells with TLRs 1, 2, 4 or 6 did not increase sensitivity to the tested oxysterols. Moreover, blockade of TLR2 or TLR4 with specific inhibitors did not reduce 25-hydroxycholesterol (25-HC) induced IL-8 release from THP-1 cells. We conclude that although the oxysterols examined in this study may contribute to increased expression of certain inflammatory genes, this occurs by mechanisms independent of TLR signalling.

Oxidised phospholipid regulation of toll-like receptor signalling

Toll-like receptors (TLRs) serve to initiate inflammatory signalling in response to the detection of conserved microbial molecules or products of host tissue damage. Recent evidence suggests that TLR-signalling plays a considerable role in a number of inflammatory diseases, including atherosclerosis and arthritis. Agents which modulate TLR-signalling are, therefore, receiving interest in terms of their potential to modify inflammatory disease processes. One such family of molecules, the oxidised phospholipids (OxPLs), which are formed as a result of inflammatory events and accumulate at sites of chronic inflammation, have been shown to modulate TLR-signalling in both in vitro and in vivo systems. As the interaction between OxPLs and TLRs may play a significant role in chronic inflammatory disease processes, consideration is given in this review to the potential role of OxPLs in the regulation of TLR-signalling.

Non-enterobacterial endotoxins stimulate human coronary artery but not venous endothelial cell activation via toll-like receptor 2

To determine whether non-enterobacterial endotoxins, which are likely to constitute the majority of the circulating endotoxin pool, may stimulate coronary artery endothelial cell activation. Interleukin-8 secretion, monocyte adhesion, and E-selectin expression were measured in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and coronary artery endothelial cells (HCAECs) challenged in vitro with highly purified endotoxins of common host colonisers Escherichia coli, Porphyromonas gingivalis, Pseudomonas aeruginosa, and Bacteroides fragilis. HCAECs but not HUVECs expressed Toll-like receptor (TLR)-2 and were responsive to non-enterobacterial endotoxins. Transfection of TLR-deficient HEK-293 cells with TLR2 or TLR4/MD2 revealed that while E. coli endotoxin utilised solely TLR4 to signal, the endotoxins, deglycosylated endotoxins (lipid-A), and whole heat-killed bacteria of the other species stimulated TLR2-but not TLR4-dependent cell-signalling. Blockade of TLR2 with neutralizing antibody prevented HCAEC activation by non-enterobacterial endotoxins. Comparison of each endotoxin with E. coli endotoxin in limulus amoebocyte lysate assay revealed that the non-enterobacterial endotoxins are greatly underestimated by this assay, which has been used in all previous studies to estimate plasma endotoxin concentrations. Circulating non-enterobacterial endotoxins may be an underestimated contributor to endothelial activation and atherosclerosis in individuals at risk of increased plasma endotoxin burden.

Toll-like receptor 4 signalling is neither sufficient nor required for oxidised phospholipids mediated induction of interleukin-8 expression

Toll-like receptor (TLR)-4 signalling has been shown to accelerate atherosclerosis. As oxidised phospholipids are present in atherosclerotic plaque and have been shown to modulate TLR4 signalling, we investigated the role of oxidised 1-palmitoyl-2-arachidonyl-sn-glycero-3-phosphorylcholine (OxPAPC) in the regulation of TLR 1, 2, 4 and 6 signalling. Unlike established TLR agonists, OxPAPC did not induce NF-?B-dependent gene expression in monocytic THP-1 cells, human aortic endothelial cells or TLR-deficient HEK-293 cells transfected with TLRs 1, 2, 4 or 6. OxPAPC induction of IL-8 was not blocked by the TLR4 specific antagonist Rhodobacter sphaeroides LPS in human aortic endothelial cells, though OxPAPC potently inhibited TLR4 mediated IL-8 induction in these cells. OxPAPC upregulated IL-8 production in TLR4 deficient HEK-293 cells and this was not increased following TLR4 overexpression. Lipids extracted from carotid atherectomy samples did not stimulate TLR 1, 2, 4 or 6 signalling in a HEK-293 transfection assay. TLR4 signalling does not contribute to OxPAPC induced IL-8 expression in human epithelial HEK-293, monocytic THP-1 or aortic endothelial cells. As lipids extracted from diseased human artery also induced no TLR signalling, it is likely that the TLR-activating materials contributing to atherosclerosis are not of endogenous lipid origin.

Toll-like receptor 9 in breast cancer

The innate immune system recognizes microbial features leading to the activation of the adaptive immune system. The role of Toll-like receptor 9 (TLR9) is to recognize microbial DNA. In addition to immune cells, TLR9 is widely expressed in breast cancer in addition to other cancers. Breast cancer is the most common cancer in women, affecting approximately one in eight in industrialized countries. In the clinical setting, breast cancer is divided into three clinical subtypes with type-specific treatments. These subtypes are estrogen receptor (ER)-positive, HER2-positive and triple-negative (TNBC) breast cancer. TNBC is the most aggressive subtype that can be further divided into several subtypes. TNBC tumors lack ER, progesterone receptor and HER2 receptor. Therefore, the current clinically used targeted therapies are not suitable for TNBC treatment as TNBC is a collection of diseases rather than one entity. Some TNBC patients are cured with standard chemotherapy, while others rapidly die due to the disease. There are no clinically used iomarkers which would help in predicting which patients respond to chemotherapy. During this thesis project, we discovered a novel good-prognosis TNBC subtype. These tumors have high TLR9 expression levels. Our findings suggest that TLR9 screening in TNBC patient populations might help to identify the patients that are at the highest risk regarding a relapse. To gain better understanding on the role of TLR9 in TNBC, we developed an animal model which mimicks this disease. We discovered that suppression of TLR9 expression in TNBC cells increases their invasive properties in hypoxia. In line with the clinical findings, TNBC cells with low TLR9 expression also formed more aggressive tumors in vivo. TLR9 expression did not, however, affect TNBC tumor responses to doxorubicin. Our results suggest that tumor TLR9 expression may affect chemotherapyrelated immune responses, however, this requires further investigation. Our other findings revealed that DNA released by chemotherapy-killed cells induces TLR9-mediated invasion in living cancer cells. Normally, extracellular self-DNA is degraded by enzymes, but during massive cell death, for example during chemotherapy, the degradation machinery may be exhausted and self-DNA is taken up into living cells activating TLR9. We also discovered that the malaria drug chloroquine, an inhibitor of autophagy and TLR9 signalling does not inhibit TNBC growth in vivo, independently of the TLR9 status. Finally, we found that ERα as well as the sex hormones estrogen and testosterone regulate TLR9 expression and activity in breast cancer cells in vitro. As a conclusion, we suggest that TLR9 is a potential biomarker in TNBC. ------- Sisäsyntyisen immuniteetin tehtävä on tunnistaa mikrobien molekyylirakenteita, mikä saa aikaan adaptiivisen immuunijärjestelmän aktivoitumisen. Tollin kaltainen reseptori 9 (TLR9) on dna:ta tunnistava sisäsyntyisen immuniteetin reseptori, jota ilmennetään myös useissa syövissä, kuten rintasyövässä. Rintasyöpä on naisten yleisin syöpä, johon joka kahdeksas nainen sairastuu elämänsä aikana. Kliinisesti rintasyöpä jaotellaan kolmeen alatyyppiin, joista kolmoisnegatiivinen rintasyöpä on aggressiivisin. Tämän tyypin syövät eivät ilmennä hormonireseptoreja (estrogeeni- ja progesteronireseptori) tai HER2-reseptoria. Tästä johtuen kolmoisnegatiivisten potilaiden hoitoon ei voida käyttää rintasyövän nykyisten hoitosuositusten mukaisia täsmähoitoja. Kolmoisnegatiivinen rintasyöpä ei kuitenkaan ole yksi sairaus, koska molekyylitasolla sen on osoitettu koostuvan lukuisista, biologialtaan erilaisista syöpämuodoista. Tällä hetkellä kliinisessä käytössä ei ole biomarkkeria, jonka avulla kolmoisnegatiivisen rintasyövän alatyypit voisi erottaa toisistaan. Löysimme uuden kolmoisnegatiivisen syövän alatyypin, joka ilmentää vain vähän TLR9-proteiinia. Tällä alatyypillä on erittäin huono ennuste ja tulostemme perusteella TRL9-tason selvittäminen voisi seuloa huonoennusteiset syövät kolmoisnegatiivisten syöpien joukosta. Kehitimme eläinmallin, jolla voidaan tutkia matalan ja korkean TLR9-tason vaikutuksia kolmoisnegatiivisten kasvainten hoitovasteeseen. Toinen löytömme oli, että kemoterapialla tapettujen syöpäsolujen dna saa aikaan elävien syöpäsolujen TLR9-välitteistä invaasiota. Normaalisti entsyymit hajoittavat yksilön oman solunulkoisen dna:n. Erikoistilanteissa, kuten syöpähoitojen yhteydessä, jolloin solukuolema on massiivista, elimistön oma koneisto ei ehdi tuhoamaan solunulkoista dna:ta ja sitä voi kertyä eläviin soluihin, joissa se aktivoi TLR9:n. Kolmanneksi havaitsimme, että malarialääke klorokiini, joka estää TLR9:n toimintaa ja jolla on syövänvastaisia vaikutuksia soluviljelyolosuhteissa, ei estänyt TLR9-positiivisten tai TLR9-negatiivisten kasvainten kasvua käyttämässämme eläinmallissa. Neljänneksi soluviljelykokeittemme tulokset osoittivat, että sukupuolihormonit estrogeeni ja testosteroni sekä estrogeenireseptori osallistuvat TLR9:n ilmentymisen ja aktiivisuuden säätelyyn. Tuloksemme osoittavat, että TLR9 potentiaalinen biomarkkeri kolmoisnegatiivisessa rintasyövässä.

Die kutane murine Mastzelle als Initiator angeborener und adaptiver Immunreaktionen der Haut

Für lange Zeit wurde die Mastzelle nur als Effektorzelle im Rahmen von Erkrankungen des atopischen Formenkreises gesehen. Erst lange Zeit nach ihrer ersten Beschreibung konnte gezeigt werden, dass die Mastzelle einen wichtigen Beitrag zur Abwehr von Pathogenen leistet. Dies wird vor allem durch Wege der alternativen Mastzellaktivierung, z.B. über Toll- like Rezeptoren, ermöglicht. In dieser Arbeit sollte daher zunächst die mögliche Funktion der Mastzelle bei der durch den synthetischen TLR7- Liganden Imiquimod induzierten Entzündungsreaktion der Haut und der Auswanderung von Langerhans Zellen in einem Mausmodell untersucht werden. Beide Reaktion waren dabei von Mastzellen abhängig sind. Für die frühe und schnelle Induktion der Entzündungsreaktion zeigten sich vor allem die Mastzellcytokine IL-1 und TNF-α verantwortlich. Bei der Auswanderung der Langerhans Zellen hingegen spielt das Mastzell-IL1 eine entscheidende Rolle. Imiquimod wurde in Form der Creme Aldara bereits erfolgreich zur transkutanen Immunisierung (TCI) in Mausversuchen verwendet. Da die oben beschriebenen Reaktionen, welche durch Imiquimod vermittelt werden, eine deutliche Abhängigkeit von Mastzellen zeigten, sollte nun auch die Funktion der Mastzelle bei der Entstehung einer adaptiven Immunantwort am Modell der transkutanen Immunisierung untersucht werden. Der Immunisierungserfolg und damit die Entstehung einer adaptiven Immunantwort konnte auch hier auf die Anwesenheit von Mastzellen zurückgeführt werden. Mastzellen können somit als ein weiteres wichtiges Bindeglied zwischen angeborener und erworbener Immunität gesehen werden und können so einen entscheidenden Einfluß auf die Entstehung einer adaptiven Immunantwort nehmen.

Phänotypische und funktionelle Eigenschaften humaner neonataler dentritischer Zellen

Humane Neugeborene leiden an einer erhöhten Anfälligkeit für Infektionskrankheiten. Die dendritischen Zellen (DC) werden für die beeinträchtigten neonatalen T-Helfer 1 (Th1) Immunantworten verantwortlich gemacht. Der Hauptaktivator der Differenzierung von Th1 Zellen ist Interleukin-12 (IL-12), ein Zytokin, welches in adulten, nicht aber in neonatalen DC vornehmlich nach Bindung der Toll-like Rezeptoren produziert wird. In der vorliegenden Arbeit wurde der potentielle Einfluss verschiedener TLR-Liganden auf die Initiierung neonataler Th1-Immunantworten untersucht. Einzelne TLR-Liganden induzierten die Reifung adulter DC, während die neonatalen DC erst nach simultaner Stimulierung von TLR3/TLR8 bzw. TLR4/TLR8 Reifungsmarker exprimierten. Der synergistische Effekt kombinierter TLR-Liganden zeigte sich sowohl in der adulten als auch der neonatalen Zytokinproduktion, wobei unterschiedliche Expressionsmuster für IL-1beta, IL-6, IL-8, IL-10, TNFalpha und vor allem IL-27 beobachtet wurden. Besonders IL-12p70 wurde von neonatalen DC ausschließlich nach kombinierter TLR-Stimulation produziert. Darüber hinaus wurde die Fähigkeit aktivierter DC analysiert, autologe T-Zellen zu polarisieren. Interessanterweise konnte beobachtet werden, dass die Überstände kombiniert stimulierter neonataler DC die Interferon-gamma Produktion in neonatalen naiven T-Zellen auslösten. Und somit konnte gezeigt werden, dass neonatale DC naive T-Zellen hinsichtlich einer Th1-Immunantwort polarisieren können. Letztendlich zeigen die Ergebnisse neue Möglichkeiten auf, potente Impfstrategien für Neugeborene zu entwickeln.

Untersuchung der Modulation adaptiver Immunantworten in Abhängigkeit der Reifung dendritischer Zellen

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Bildung von DALIS während der Reifung von dendritischen Zellen untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass die DALIS-Bildung mit dem Aktivierungszustand der Zelle eng verknüpft ist. Es konnten verschiedene Hitzeschockproteine in Zusammenhang mit der DaLIS-Bildung gebracht werden und ein Molekül der Siganlgebung identifiziert werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Veränderung von dendritischen Zellen in Anwesenheit von regulatorischen T-Zellen untersucht. Hierbei zeigte sich, dass zwischen den Zellen Gap Junctions entstehen, durch die cAMP von den regulatorischen T-Zellen auf die dendritischen Zellen übertragen werden kann. Weiter konnte gezeigt werden, dass regulatorische T-Zellen IL-10 sezernieren und so die dendritischen Zellen inhibieren.

Die Rolle der IFN-gamma Signalübertragung und von MyD88 in der Angiotensin-II-induzierten vaskulären Dysfunkion, Inflammation und arteriellen Hypertonie

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Rolle von myelomonozytären Zellen, IFN-gamma (Interferon gamma), MyD88 (myeloid differentiation factor 88) und zugrundeliegenden Signalwege in der Angiotensin II (ATII)-induzierten vaskulären Inflammation, Dysfunktion und arteriellen Hypertonie untersucht. Wie bereits veröffentlichte Vordaten aus meiner Arbeitsgruppe zeigten, schützt die Depletion von Lysozym M (LysM)+ myelomonozytären Zellen (Diphteriatoxin-vermittelt in Mäusen, die transgen für den humanen Diphtheriatoxin-Rezeptor sind, LysMiDTR Mäuse) vor der ATII-induzierten vaskulären Dysfunktion und arterieller Hypertonie, und kann durch adoptiven Zelltransfer von Wildtyp Monozyten wiederhergestellt werden. In meiner Arbeit konnte ich zeigen, dass die Rekonstitution von Monozyten-depletierten LysMiDTR Mäusen mit Wildtyp Monozyten den Phänotyp der vaskulären Dysfunktion wiederherstellen kann, die Rekonstitution mit gp91phox-/y oder Agtr1-/- Monozyten jedoch nicht. Die Hypertonus-mediierenden Effekte dieser infiltrierenden Monozyten scheinen demnach von der intakten ATII und NADPH Oxidase Signalübertragung in diesen Zellen abhängig zu sein. Vermutlich ebenfalls für die Aktivierung der Monozyten funktionell wichtig sind IFN-gamma, produziert durch NK-Zellen, und der Transkriptionsfaktor T-bet (T-box expressed in T cells), exprimiert von NK-Zellen und Monozyten. IFN-gamma-/- Mäuse waren partiell geschützt vor der ATII-induzierten vaskulären Dysfunktion und charakterisiert durch reduzierte Level an Superoxid im Gefäß im Vergleich zu ATII-infundierten Wildtyp Mäusen. IFN-gamma-/- und T-bet defiziente Tbx21-/- Mäuse zeichneten sich ferner durch eine reduzierte ATII-mediierte Rekrutierung von NK1.1+ NK-Zellen, als ein Hautproduzent von IFN-gamma, sowie CD11b+GR-1low Interleukin-12 (IL-12) kompetenten Monozyten aus. Durch Depletions- und adoptive Transferexperimente konnte ich in dieser Arbeit NK-Zellen als essentielle Mitstreiter in der vaskulären Dysfunktion identifizieren und stellte fest, dass T-bet+LysM+ myelomonozytäre Zellen für die NK-Zellrekrutierung in die Gefäßwand und lokale IFN-gamma Produktion benötigt werden. Damit wurde erstmals NK-Zellen eine essentielle Rolle in der ATII-induzierten vaskulären Dysfunktion zugeschrieben. Außerdem wurde der T-bet-IFN-gamma Signalweg und die gegenseitige Monozyten-NK-Zellaktivierung als ein potentielles therapeutisches Ziel in kardiovaskulären Erkrankungen aufgedeckt. Des Weiteren identifizierte ich in meiner Arbeit MyD88 als ein zentrales Signalmolekül in der ATII-getriebenen Inflammation und vaskulären Gefäßschädigung. MyD88 Defizienz reduzierte den ATII-induzierten Anstieg des systolischen Blutdrucks und die endotheliale und glattmuskuläre vaskuläre Dysfunktion. Zusätzlich waren die vaskuläre Superoxid-Bildung sowie die Expressionslevel der NADPH Oxidase, der wichtigsten Quelle für oxidativem Stress im Gefäß, in ATII-infundierten MyD88-/- Mäusen im Vergleich zum Wildtyp reduziert. Mit Hilfe von durchflusszytometrischen Analysen deckte ich zudem auf, dass die ATII-induzierte Einwanderung von CD45+ Leukozyten, insbesondere CD11b+Ly6G-Ly6Chigh inflammatorischen Monozyten in MyD88-/- Mäusen signifikant abgeschwächt war. Diese Resultate wurden durch immunhistochemische Untersuchung von Aortengewebe auf CD68+, F4/80+ und Nox2+ Makrophagen/Phagozyten sowie Expressionsanalysen von Inflammationsmarkern untermauert. Analysen der mRNA Expression in Aortengewebe zeigten ferner eine in Wildtyp Mäusen nach ATII Infusion tendenziell gesteigerte Expression von inflammatorischen Monozytenmakern sowie eine abnehmende Expression von reparativen Monozytenmarken, während dieser Shift zu einem proinflammatorsichen Phänotyp in MyD88-/- blockiert zu sein schien. Dies zeigt eine Rolle von MyD88 in der terminalen Differenzierung von myelomonozytären Zellen an. Um dies weitergehend zu untersuchen und aufzudecken, ob die MyD88 Effekte abhängig sind von Zellen der hämatopoetischen Linie oder Gewebszellen, wurden Knochenmarktransferexperimente durchgeführt. MyD88 Defizienz in Knochenmark-abstammende Zellen reduzierte die ATII-induzierte vaskuläre Dysfunktion und Infiltration der Gefäßwand mit CD45+ Leukozyten und inflammatorischen myelomonozytären Zellen. Die protektiven Effekte der MyD88 Defizienz in der Angiotensin II-induzierten Inflammation konnten nicht auf Signalwege über die Toll-like Rezeptoren TLR2, -7 oder -9 zurückgeführt werden, wie die Untersuchung der vaskulären Reaktivität entsprechender Knockout Mäuse zeigte. Zusammenfassend konnte ich in meiner Arbeit zeigen, dass die Infiltration der Gefäßwand mit Nox2+AT1R+T-bet+MyD88+ myelomonozytären Zellen und die Wechselwirkung und gegenseitige Aktivierung dieser Zellen mit IFN-gamma produzierenden NK-Zellen eine zentrale Bedeutung in der Pathogenese der Angiotensin II (ATII)-induzierten vaskulären Dysfunktion, Inflammation und arteriellen Hypertonie einnehmen.

Molecular mechanisms implicated in NF-κB activation and antiviral defense

SUMMARY Nuclear factor kappa B (NF-κB) transcription factors control many aspects of cell fate through induction of inflammatory, immune or survival molecules. We have identified two novel proteins, named receptor interacting protein (RIP)-4 and caspase recruitment domain (CARD) adaptor inducing interferon-β (Cardif), which activate NF-κB. Further, we have found that Cardif plays a prominent antiviral function. Antiviral innate immunity is mounted upon recognition by the host of virally associated structures like double-stranded (ds) RNA, which constitutes a viral replication product of many viruses within infected cells. dsRNA, depending on its subcellular localization, can be sensed by two separate arms of host defense. Firstly, Toll-like receptor (TLR)-3, a member of the type I transmembrane TLR family, recognizes endosomally-located dsRNA. Secondly, cytoplasmic dsRNA is detected by the recently identified RNA helicase retinoic acid inducible gene I (RIG-I). Triggering of TLR3- and RIG-I-dependent pathways results in the activation of the transcription factors NF-κB and Interferon regulatory factor (IRF)-3, which cooperatively transduce antiviral immune responses. We have demonstrated that RIP1, a kinase previously shown to be required for TNF signaling, transmits TLR3-dependent NF-κB activation. Further we have identified and characterized Cardif as an essential adaptor transmitting RIG-I-mediated antiviral responses, including activation of NF-κB and IRF3. In addition, we showed that Cardif is cleaved and inactivated by a serine protease of hepatitis C virus, and therefore may represent an attractive target for this virus to escape innate immune responses. RESUME Les facteurs de transcription "nuclear factor kappa B" (NF-κB) contrôlent divers aspects du devenir cellulaire à travers l'induction de molécules inflammatoires, immunitaires ou de survie. Nous avons identifié deux nouvelles protéines, nommées "receptor interacting protein" (RIP)-4 et "caspase recruitment domain (CARD) adaptor inducing interferon-β" (Cardif), qui activent NF-κB. En outre, nous avons trouvé que Cardif joue un rôle antiviral crucial. L'immunité innée antivirale s'établit au moment de la reconnaissance par l'hôte de structures virales, comme l'ARN double brin, qui constitue un produit de réplication de beaucoup de virus à l'intérieur de cellules infectées. L'ARN double brin, dépendant de sa localisation subcellulaire, peut être détecté par deux branches de défense distinctes. Premièrement, le récepteur transmembranaire "Toll-like" (TLR), TLR3, reconnaît l'ARN double brin lorsque localisé dans les endosomes. Deuxièmement, l'ARN double brin cytoplasmique est reconnu par l'ARN hélicase récemment décrite "retinoic acid inducible gene I" (RIG-I). Le déclenchement de voies dépendantes de TLR3 et RIG-I active les facteurs de transcription NF-κB et IRF3, qui coopèrent afin de transduire des réponses immunitaires antivirales. Nous avons démontré que RIP1, une kinase décrite précédemment dans le signalement du TNF, transmet l'activation de NF-κB dépendante de TLR3. De plus, nous avons identifié et caractérisé Cardif comme un adapteur essentiel transmettant les réponses antivirales médiées par RIG-I, qui incluent l'activation de NF-κB et IRF3. De surcroît, Cardif est clivé et inactivé par une sérine protéase du virus de l'hépatite C, et ainsi pourrait représenter une cible attractive pour ce virus afin d'échapper aux réponses immunitaires innées.