Activation of cytokines corroborate with development of inflammation and autoimmunity in thromboangiitis obliterans patients

Thromboangiitis obliterans (TAO) is a segmental inflammatory occlusive disorder that affects the arm and leg arteries of young smokers. The immune system seems to play a critical role in the aetiology of TAO; however, knowledge of the aspects involved in the progression of vascular tissue inflammation and, consequently, the evolution of this disease is still limited. This study was carried out to investigate the cytokine levels of tumour necrosis factor (TNF)-a, interleukin (IL)-1 beta, IL-4, IL-17 and IL-23 in the plasma of TAO patients presenting with acute clinical manifestations. The study included 20 TAO patients (n = 10 women; n = 10 men) aged 3859 years under clinical follow-up, classified into two groups: (i) TAO former smokers (n = 11) and (ii) TAO active smokers (n = 9); the control groups included normal volunteer non-smokers (n = 10, active smokers (n = 10) and former smokers (n = 10). Patients' plasma samples were measured using the sandwich enzyme-linked immunosorbent assay. Statistical analyses were performed using the non-parametric MannWhitney U-test, with parameters significant at P < 0.05. The activities of all cytokines were different in groups of TAO patients when compared with normal controls, and decreased for control smokers. Increased levels of TNF-a, IL-1 beta, IL-4, IL-17 and IL-23 were significant in patients with TAO when compared to the controls (P < 0.005, all parameters). The results presented here indicate an increased production of cytokines in TAO, possibly contributing to the inflammatory response observed in the patients' vascular levels. In addition, the increased levels of IL-17 and IL-23 suggest that the disturbance of TAO is involved with mechanisms of autoimmunity. Thus, the discovery of IL-17 and its association with inflammation and autoimmune pathology has reshaped our viewpoint regarding the pathogenesis of TAO, which was based previously on the T helper type 1 (Th1)Th2 paradigm.

Localized scleroderma: assessment of the therapeutic response to phototherapy

BACKGROUND: Scleroderma is a chronic autoimmune disease characterized by progressive connective tissue sclerosis and microcirculatory changes. Localized scleroderma is considered a limited disease. However, in some cases atrophic and deforming lesions may be observed that hinder the normal development. Literature reports indicate phototherapy as a therapeutic modality with favorable response in cutaneous forms of scleroderma. OBJECTIVES: This study had the purpose of assessing the phototherapy treatment for localized scleroderma. METHODS: Patients with localized scleroderma were selected for phototherapy treatment. They were classified according to the type of localized scleroderma and evolutive stage of the lesions. Clinical examination and skin ultrasound were used to demonstrate the results thus obtained. RESULTS: Some clinical improvement was observed after an average of 10 phototherapeutic sessions. All skin lesions were softer at clinical palpation with scores reduction upon pre and post treatment comparison. The ultrasound showed that most of the assessed lesions presented a decrease in dermal thickness, and only five maintained their previous measure. Treatment response was similar regardless of the type of phototherapeutic treatment employed. CONCLUSIONS: The proposed treatment was effective for all lesions, regardless of the phototherapeutic modality employed. The improvement was observed in all treated skin lesions and confirmed by clinical evaluation and skin ultrasound.

Mercury-induced autoimmunity : Genetics and immunoregulation

The existence of immune self-tolerance allows the immune system to mount responses against infectious agents, but not against self-molecular constitutes. Although self-tolerance is a robust phenomenon, in some individuals as well as in experimental models, the self-tolerance breaks down and as a result, a self-destructive autoimmune disease emerges. The underlying mechanisms for the development of autoimmune diseases are not known, but genetic, environmental and immunological factors are suggested to be involved. In this thesis, we used murine mercury-induced autoimmunity to test this suggestion. In susceptible mice mercuric chloride induces a systemic autoimmune disease characterized by increased serum levels of IgG1 and IgE, production of anti-nucleolar autoantibodies (ANolA) and formation of renal IgG deposits. In contrast, in resistant DBA/2 (H-2d) mice, none of these characteristics develop after exposure to mercury. By crossing and backcrossing mercury-resistant DBA/2 mice to mercury susceptible strains, we found that the resistance was inherited as a dominant trait in F1 hybrids and that one gene or a cluster of genes located in the H-2 loci determined the resistance to ANolA production, whereas resistance to the other characteristics was found to be controlled by two or three non-H-2 genes. We further put forward the “cryptic peptide hypothesis” to investigate whether mercury and another xenobiotic metal use similar pathway(s) to induce the H-2 linked production of ANolA. We found that while mercury stimulated ANolA synthesis in all H-2 susceptible (H-2s, H-2q and H-2f) mouse strains, silver induced only ANolA responses in H-2s and H-2q mice, but not in H-2f mice. Further studies showed that the resistance to silver-induced ANolA production in H-2f mice was inherited as a dominant trait. We next tested the proposition that mercury induces more adverse immunological effects in mouse strains, which are genetically prone to develop autoimmune diseases, using tight-skin 1 mice, an animal model for human Scleroderma. It was found that in this strain, mercury induced a strong immune activation with autoimmune characteristics, but did not accelerate the development of dermal fibrosis, a characteristic in Tsk/1 mice. Finally we addressed the Th1/Th2 cross-regulation paradigm by examining if a Th1-type of response could interact with a Th2-type of response if simultaneous induced in susceptible mice. Our findings demonstrated that mercury-induced autoimmunity (Th2-type) and collagen-induced arthritis (CIA) (Th1-type) can interact in a synergistic, antagonistic or additive fashion, depending on at which stage of CIA mercury is administered.

Untersuchung des murinen, nukleären pSS- und SLE-Autoantigens La/SS-B unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen

Zusammenfassung der Dissertation von Christian Schörner 'Untersuchung des murinen, nukleären pSS- und SLE-Autoantigens La/SS-B unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen' am Fachbereich Biologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz Seren von Patienten mit Kollagenosen, wie SLE und pSS, enthalten Antikörper gegen das Autoantigen La/SS-B. Im murinen Tiermodell musste die Expression des La/SS-B verstanden werden. Das murine Strukturgen codierte für 13 Exons, das Start-AUG befand sich im Exon 2. Die alternativen mRNAs unterschieden sich nur in ihrer 5'-UTR. Das Exon 1b war im Vergleich zum Exon 1a am 3'-Ende um 27 Nukleotide verlängert. Die alternativen mRNAs entstanden durch einen Promotorwechsel in Kombination mit einem alternativen Spleißvorgang. Die Polyadenylierung erfolgte an zwei alternativen Polyadenylierungssequenzen. Die mRNAs waren vollständig gesplissen, zytoplasmatisch und funktionell. Die Exon 1a- und die Exon 1c-mRNA wurden ubiquitär exprimiert, die Exon 1b-mRNA dagegen nur in proliferierenden Zellen. Im C-Terminus fand sich eine Nager-spezifische Insertion sowie eine -deletion. Das Protein besaß mit 16 isoelektrischen Proteinformen eine hohe Ladungsheterogenität. NO steigerte die Proteinexpression um das 5fache und bewirkte eine Translokation des Proteins vom Zellkern in das Zytoplasma. Das humane La/SS-B-Neoepitop induzierte in Versuchstieren die Bildung von Antikörper gegen das Neoepitop und natives La/SS-B.

A step forwards in immunomodulation and immunetolerance knowledge. HLA-G expression in co-cultures of peripheral blood mononuclear cells and stem cells after in vitro NGAL stimulation

NGAL (Neutrophil Gelatinase-associated Lipocalin ) is a protein of lipocalin superfamily. Recent literature focused on its biomarkers function in several pathological condition (acute and chronic kidney damage, autoimmune disease, malignancy). NGAL biological role is not well elucidated. Several are the demonstration of its bacteriostatic role. Recent papers have indeed highlight NGAL role in NFkB modulation. The aim of this study is to understand whether NGAL may exert a role in the activation (modulation) of T cell response through the regulation of HLA-G complex, a mediator of tolerance. From 8 healthy donors we obtained peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and we isolated by centrifugation on a Ficoll gradient. Cells were then treated with four concentrations of NGAL (40-320 ng/ml) with or without iron. We performed flow cytometry analysis and ELISA test. NGAL increased the HLA-G expression on CD4+ T cells, with an increasing corresponding to the dose. Iron effect is not of unique interpretation. NGAL adiction affects regulatory T cells increasing in vitro expansion of CD4+ CD25+ FoxP3+ cells. Neutralizing antibody against NGAL decreased HLA-G expression and reduced significantly CD4+ CD25+ FoxP3+ cells percentage. In conclusion, we provided in vitro evidence of NGAL involvement in cellular immunity. The potential role of NGAL as an immunomodulatory molecule has been evaluated: it has been shown that NGAL plays a pivotal role in the induction of immune tolerance up regulating HLA-G and T regulatory cells expression in healthy donors. As potential future scenario we highlight the in vivo role of NGAL in immunology and immunomodulation, and its possible relationship with immunosuppressive therapy efficacy, tolerance induction in transplant patients, and/or in other immunological disorders.

Identifizierung einer Mutation im Exon 2 des C1q-B-Ketten-Gens als Ursache eines hereditären C1q-Defekts mit Ausbildung einer SLE-ähnlichen Symptomatik

Komplementdefizienzen gehen mit einer erhöhten Infektionsanfälligkeit gegenüber bestimmten Krankheitserregern in den ersten Lebensjahren (MBL-Defizienz) und darüber hinaus (C1q- und anderen Komplementdefizienten) einher. Dies unterstreicht die Rolle des Komplementsystems als effektiver Abwehrmechanismus in der Übergangsphase zwischen Verlust des „mütterlichen Nestschutzes“ und Ausreifung der eigenen „erworbenen“ Immunität. Das Auftreten von Autoimmunerkrankungen wie dem SLE-ähnlichen Syndrom bei Defizienzen des Klassischen Weges beleuchten zusätzliche Funktionen des Komplementsystems während der Ausreifung der erworbenen Immunität und als wesentlicher Effektor in der Erkennung apoptotischer Zellen und deren Eliminierung aus dem System.rnHereditäre C1q-Defizienzen gehen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit mit einem SLE-ähnlichen Syndrom einher. Sie stellen unter den Defizienzen des Komplementsystems eines Seltenheit dar, ihr klinisches „Gesicht“ ist umso eindrucksvoller. Sie sind von der funktionellen C1q-Defizienz im Rahmen eines erhöhten „turnover“ und in der Folge einer C1q-Autoantokörperbildung abzugrenzen. Ursächlich ist ihnen eine Mutation in einem der drei C1q-Gene, die auf dem Chromosom 1 lokalisiert sind. Homozygote Mutationsträger können den Defekt nicht ausgleichen und zeigen eine C1q-Defizienz mit Verlust der gesamthämolytischen Aktivität CH50. Häufungen treten bei Nachkommen von Geschwister- und Verwandtschaftsehen auf.rnrnIn dieser Arbeit wird der Fall einer Patientin mit einem schweren, frühkindlich einsetzenden, SLE-ähnlichen Syndrom aufgearbeitet. Als Ursache für eine Erkrankung konnte ein hereditärer C1q-Defekt, ohne immunologischem Nachweis eines C1q oer LMQ-C1q, identifiziert werden. Da sich keine der vorab beschriebenen Mutatonsmuster bei der Patientin detektieren ließ, erfolgte die Sequenzierung aller drei C1q-Gene. Dadurch ließ sich ein neues Mutationsmuster darstellen.rnrnDie in dieser Arbeit vorgestellte Mutation unterscheidet sich von den bislang beschriebenen Mutationen dadurch, dass es sich nicht um eine Punktmutation, sonder um eine Deletion von 29 Basen (c283_311) im Exon 2 des C1q-B-Ketten-Gens mit einhergehendem Rasterschub und vorzeitigem Stop-Codon (pMet95TrpfsX8) handelt. Durch die Analyse der Eltern und Geschwister der betroffenen Patientin konnte der Vererbungsweg dargestellt werden. Zudem gelang es die Mutation im Rahmen einer Pränataldiagnostik bei einem „ungeborenen“ Geschwisterkind auszuschließen.rn

Signaltransduktion von IgG-Antiphospholipid-Antikörpern in plasmazytoiden Dendriten und Monomac1 Zellen

Das Antiphospholipid-Syndrom (APS) ist eine Autoimmunerkrankung die sich durch venöse und arterielle Thrombosen und/oder Spontanaborte bei gleichzeitigem Nachweis von persistierenden, erhöhten Antiphospholipid-Antikörper (aPL)-Titern charakterisieren lässt. Die zugrunde liegenden Mechanismen, über die aPL Pathogenität vermitteln, sind bislang wenig verstanden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass drei humane monoklonale IgG aPL sowie IgG Fraktionen von APS Patienten eine Überexpression von TLR7 und TLR8 in plasmazytoiden dendritischen Zellen bzw. monozytären Zellen induzieren. Gleichzeitig erfolgt die Induktion der TLR7/8 Translokation vom endoplasmatischen Retikulum (ER) ins Endosom. Diese Effekte werden durch die Internalisierung der aPL und die nachfolgende Aktivierung einer NADPH Oxidase sowie durch endosomale Superoxid Produktion vermittelt. Als Folge dessen werden die Zellen extrem für TLR7/8 Liganden sensibilisiert. Diese Beobachtungen beschreiben einen neuen Signalmechanismus der innaten Immunität, der seinen Ursprung im Endosom nimmt. Da die Überexpression von TLR7 auch in pDCs von APS Patienten detektiert werden konnte, bieten unsere Ergebnisse eine Erklärung für die proinflammatorischen und prokoagulanten Effekte von aPL. rnWeiterhin führte die kombinierte Stimulation mit aPL und TLR7 Liganden in pDCs zu einem signifikant verstärkten Potential zur CD4+ Th2 Zell Aktivierung bzw. zur Regulation der B-Zell Differenzierung und Immunglobulin Produktion. Die Anwesenheit der pDCs erhöhte dabei synergistisch die CD40/86 Expression, die Proliferation sowie die Plasmazell-Differenzierung von isolierten peripheren B-Zellen, die mit aPL und TLR Liganden stimuliert wurden. Dieser Stimulationsansatz war außerdem ausreichend um naive B-Zellen zur IgM/IgG Produktion anzuregen und die Synthese neuer IgG aPL durch Gedächtnis-B-Zellen einzuleiten. Die Beteiligung der pDCs an diesem Prozess erfolgte durch Zytokin Sekretion sowie direktem Zell-Zell-Kontakt. Die Anwesenheit von Th2-Helferzellen war dabei nicht obligatorisch, konnte jedoch die B-Zell Aktivierung zusätzlich fördern. Eine Hochregulierung von TLR7 oder TLR9 innerhalb der B-Zell Population war nicht involviert. rnrnDiese Ergebnisse zeigen erstmalig die Relevanz einer pDC Aktivierung im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der pathogenen Aktivität im Rahmen des APS. Da eine Dysregulierung von TLR7 bereits als ursächlich für die Ausbildung einer systemischen Autoimmunität erachtet wird, sollten unsere Ergebnisse für das generelle Verständnis von Autoimmunität von großer Relevanz sein.rn

Identifizierung und Charakterisierung von Protein-Biomarkern beim Glaukom

Das Glaukom ist, nach dem Katarakt, die zweithäufigste Ursache für Erblindungen weltweit mit Milionen von Betroffenen, die von dieser zunächst weitgehend symptomfreien neurodegenerativen Erkrankung heimgesucht werden. Die Möglichkeiten auf dem Feld der Diagnose beschränken sich bislang weitestgehend auf die Messung des Augeninnendrucks und der Beurteilung des Augenhintergrundes durch einen erfahrenen Augenarzt. Eine labordiagnostische Prophylaxe ist bis heute nicht verfügbar, die Zahl unerkannter Erkrankungen dementsprechend hoch. Hierdurch geht wertvolle Zeit verloren, die man für eine effektive Therapie nutzen könnte.rnBezüglich der Pathogenese des Glaukoms geht man heute von mehreren, miteinander wechselwirkenden Pathomechanismen aus, zu denen neben mechanischen Einflüssen durch einen erhöhten IOD auch Hypoxie, verminderte Neutrophinversorgung, Exzitotoxizität, oxidativer Stress und eine Beteiligung autoimmuner Prozesse gezählt werden. Unabhängig vom Pathomechanismus folgt stets die Etablierung umfangreicher degenerativer Prozesse im Sehnervenkopf, den retinalen Ganglienzellen und den Axonen des Sehnerven, die letztlich im irreversiblen Untergang dieser Neuronen münden. Diese pathologischen Prozesse im ZNS hinterlassen auf Proteomebene Spuren, die mithilfe moderner massenspektrometrischer Methoden in Kombination mit multivariaten statistischen Methoden detektierbar und als sogenannte Biomarker-Kandidaten mit definiertem Molekulargewicht darstellbar sind. In dieser Arbeit wurde ein „Workflow“ entwickelt, der es ermöglicht, diese Biomarker-Kandidaten im Blutserum und in der Tränenflüssigkeit in einfachen, reproduzierbaren Schritten zu identifizieren und zu charakterisieren. Abweichend von der etablierten Methotik der Bottom-Up-Proteomics musste hierfür eine Methode entsprechend einer Top-Down-Philosophie entwickelt werden, die es erlaubt, die Spuren des Glaukoms im Proteom zu detektieren und zu charakterisieren.rnDies erfolgte in dieser Arbeit durch sowohl massenspektroskopischen Methoden wie SELDI-TOF® und MALDI-Tof-Tof als auch durch Bead-, Gel- und Flüssigkeits-chromatographisch-basierte Separations und Fraktionierungstechniken.rnDie erfolgreiche Kombination dieser Methoden führte zu Identifikationen einer ganzen Reihe von Biomarker-Kandidaten. Unter den identifizierten Proteinen, die bezüglich ihres korrespondierenden SELDI-Peaks im Massenbereich von Biomarker-Kandidaten liegen, finden sich Zytokine und Effektormoleküle der angeborernen Immunität, stressinduzierbare Kinasen, Faktoren, die zum Schutz der Telomeren dienen, Proliferationsmarker, neuronale Antigene und Transportproteine. Darüber hinaus wurden Komponenten identifiziert, die an der neuronalen Neutrophinversorgung beteiligt sind, neuronale Rezeptoren und Antigene, Komponenten des Komplementsystems und des MHC-I-Komplexes. All diese identifizierten Proteine sind bezüglich ihrer Funktion und möglichen Rolle innerhalb der Pathogenese des Glaukoms detailliert beschrieben und charakterisiert. Dies erlaubt einen umfassenden Einblick in alle Pathomechanismen, denen nach heutigem Kenntnisstand, eine Rolle an der Pathogenese des Glaukoms unterstellt wird.rn

Analysen zur Expression proinflammatorischer Mediatoren in humanen Zellkulturmodellen und murinen Tiermodellen chronisch-inflammatorischer Erkrankungen

Die humane induzierbare NO-Synthase (iNOS) spielt bei zahlreichen Erkrankungen wie Asthma, Krebs und der rheumatoiden Arthritis eine entscheidende Rolle. Durch Fehlregulation der iNOS-Expression kommt es häufig zu massiven Gewebeschädigungen. Aus diesem Grund ist es wichtig die Mechanismen der Genregulation der iNOS-Expression zu verstehen. Bei Affinitätschromatographie-Analysen wurde das zytosolische PolyA-bindende Protein (PABP) als direkter Interaktionspartner der 3´UTR der humanen iNOS identifiziert. Weitere Bindungsanalysen konnten eine spezifische Bindestelle für PABP in der 5´UTR und zwei Bindestellen im AU-reichen Bereich der 3´UTR der humanen iNOS nachweisen. Eine siRNA-mediierte Herabregulation von PABP mit Hilfe der stabilen Expression spezifischer siRNAs in DLD-1 Zellen (siPABP Zellen) zeigte eine signifikant verringerte Expression der humanen iNOS und damit einhergehend eine verringerte NO-Produktion nach Zytokinstimulation. Promotoranalysen zeigten keine Veränderung der Induzierbarkeit des humanen 16 kb iNOS-Promotors in siPABP Zellen. RNA-Stabilitätsanalysen zeigten einen verstärkten Abbau der iNOS-mRNA in diesen Zellen, so dass davon auszugehen ist, dass die Regulation der humanen iNOS über die mRNA-Stabilität erfolgt. Reportergen-Analysen mit Plasmiden, welche die 5’ und/oder 3’UTR Sequenzen der humanen iNOS mit den identifizierten PABP-Bindestellen oder Mutationen in diesen Bindestellen enthielten, zeigten, dass PABP die iNOS-mRNA über die 5´UTR stabilisiert und anscheinend über die 3´UTR einen destabilisierenden Effekt auf die mRNA ausübt. Ebenfalls scheint PABP über die 3’UTR dieTranslation der iNOS mRNA zu hemmen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass PABP, über seine allgemeinen Funktionen hinaus, eine spezifische Rolle in der Regulation der Expression der humanen iNOS einnimmt.rnDie rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronisch entzündliche Autoimmunerkrankung, welche überwiegend die peripheren Gelenke der Hände und Füße betrifft. Die aktuellen Therapiemöglichkeiten sind immer noch mit einer Vielzahl von Nebenwirkungen behaftet und führen nicht zur vollständigen Remission der Erkrankung, so dass die Entwicklung neuer Medikamente unerlässlich ist. In dieser Arbeit wurden die antiinflammatorischen Substanzen Gallielalacton (Gal) und Oxacyclododecindion (Oxa) im Mausmodell der kollagen-induzierten Arthritis (CIA) getestet. Leider waren beide Substanzen nicht in der Lage die Symptome der CIA zu vermindern, obwohl beide im Modell der LPS-induzierten akuten Entzündung die Expression proinflammatorischer Mediatoren senken konnten. Die Substanz S-Curvularin (SC) hat sich im CIA-Modell bereits bewährt und wurde in dieser Arbeit weiter untersucht. SC war in der Lage die Expression knorpel- und knochendestruktiver Markergene signifikant zu verrindern. rnIn der vorliegenden Arbeit wurden neue microRNAs identifiziert, die in der Pathogenese der CIA eine Dysregulation zeigen. Die Expression dieser microRNAs wurde von SC wieder auf das Normalniveau gebracht, so dass SC eine vielversprechende Substanz in der Therapie chronisch inflammatorische Erkrangungen sein könnte. Die neu identifizierten CIA-relevanten microRNAs könnten als neueRA-Marker oder als Zielstrukturen für neue Medikamente dienen.rn

Untersuchungen zur Regulation von T-Effektorzellen im peripheren Blut von MS-Patienten und humanisierten Mäusen mit einer induzierten autoimmunen Enzephalitis

Die Multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunkrankheit des zentralen Nervensystems, bei der sich autoreaktive T-Effektorzellen der Kontrolle durch regulatorische T-Zellen (Treg) entziehen. Innerhalb dieser Arbeit wurde gezeigt, dass T-Effektorzellen von MS-Patienten insensitiv gegenüber der Suppression durch Treg sind. Hervorgerufen wird diese Treg-Resistenz durch Interleukin-6 (IL-6). Die Inhibition des IL-6-Signalweges stellt die Treg-vermittelte Suppression der T-Effektorzellen wieder her. Es zeigte sich, dass die Bildung von IL-6 und die Expression des IL-6-Rezeptors in MS-Patienten in einer positiven Rückkopplungsschleife von IL-6 selbst induziert werden.rnZur Analyse humaner Immunantworten in vivo und deren Modulation durch humanspezifische Therapeutika wurden humanisierte Mausmodelle etabliert. Der adoptive Transfer humaner Immunzellen in immundefiziente Mäuse erlaubte die Untersuchung von T-Lymphozyten, die aus dem Blut von MS-Patienten isoliert wurden. Es zeigte sich, dass Treg-resistente T-Effektorzellen aus den MS-Patienten in den Tieren eine letale Graft-versus-Host-Erkrankung auslösten, die nicht durch aktivierte Treg therapiert werden konnte. Erst eine Behandlung mit dem humanspezifischen anti-IL-6-Antikörper Tocilizumab in vivo konnte die Erkrankung der Tiere deutlich abmildern.rnIm zweiten Modell wurden immundefiziente Mäuse mit humanen CD34+ Blutstammzellen immunologisch rekonstituiert. Diese Tiere entwickelten ein nahezu vollständig humanes Immunsystem. Die Immunisierung mit dem murinen Myelin-Oligodenrozyten-Glykoprotein löste in den humanisierten Mäusen eine MS-ähnliche Autoimmunität aus. Die Neuroinflammation wurde durch humane T- und B-Zellen vermittelt, korrelierte mit erhöhter IL-17-Produktion und führte zu einer IL-6-abhängigen Treg-Resistenz der T-Effektorzellen. Somit eignen sich die etablierten Modelle, um zukünftig die Wirksamkeit neuer Therapeutika zur Behandlung der MS präklinisch zu testen.rn

Detrimental effects of exuberant and restrained immune responses against the central nervous system in the context of multiple sclerosis and glioblastoma multiforme

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and most aggressive astrocytic tumor of the central nervous system (CNS) in adults. The standard treatment consisting of surgery, followed by a combinatorial radio- and chemotherapy, is only palliative and prolongs patient median survival to 12 to 15 months. The tumor subpopulation of stem cell-like glioma-initiating cells (GICs) shows resistance against radiation as well as chemotherapy, and has been suggested to be responsible for relapses of more aggressive tumors after therapy. The efficacy of immunotherapies, which exploit the immune system to specifically recognize and eliminate malignant cells, is limited due to strong immunosuppressive activities of the GICs and the generation of a specialized protective microenvironment. The molecular mechanisms underlying the therapy resistance of GICs are largely unknown. rnThe first aim of this study was to identify immune evasion mechanisms in GICs triggered by radiation. A model was used in which patient-derived GICs were treated in vitro with fractionated ionizing radiation (2.5 Gy in 7 consecutive passages) to select for a more radio-resistant phenotype. In the model cell line 1080, this selection process resulted in increased proliferative but diminished migratory capacities in comparison to untreated control GICs. Furthermore, radio-selected GICs downregulated various proteins involved in antigen processing and presentation, resulting in decreased expression of MHC class I molecules on the cellular surface and diminished recognition potential by cytotoxic CD8+ T cells. Thus, sub-lethal fractionated radiation can promote immune evasion and hamper the success of adjuvant immunotherapy. Among several immune-associated proteins, interferon-induced transmembrane protein 3 (IFITM3) was found to be upregulated in radio-selected GICs. While high expression of IFITM3 was associated with a worse overall survival of GBM patients (TCGA database) and increased proliferation and migration of differentiated glioma cell lines, a strong contribution of IFITM3 to proliferation in vitro as well as tumor growth and invasiveness in a xenograft model could not be observed. rnMultiple sclerosis (MS) is the most common autoimmune disease of the CNS in young adults of the Western World, which leads to progressive disability in genetically susceptible individuals, possibly triggered by environmental factors. It is assumed that self-reactive, myelin-specific T helper cell 1 (Th1) and Th17 cells, which have escaped the control mechanisms of the immune system, are critical in the pathogenesis of the human disease and its animal model experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). It was observed that in vitro differentiated interleukin 17 (IL-17) producing Th17 cells co-expressed the Th1-phenotypic cytokine Interferon-gamma (IFN-γ) in combination with the two respective lineage-associated transcription factors RORγt and T-bet after re-isolation from the CNS of diseased mice. Pathogenic molecular mechanisms that render a CD4+ T cell encephalitogenic have scarcely been investigated up to date. rnIn the second part of the thesis, whole transcriptional changes occurring in in vitro differentiated Th17 cells in the course of EAE were analyzed. Evaluation of signaling networks revealed an overrepresentation of genes involved in communication between the innate and adaptive immune system and metabolic alterations including cholesterol biosynthesis. The transcription factors Cebpa, Fos, Klf4, Nfatc1 and Spi1, associated with thymocyte development and naïve T cells were upregulated in encephalitogenic CNS-isolated CD4+ T cells, proposing a contribution to T cell plasticity. Correlation of the murine T-cell gene expression dataset to putative MS risk genes, which were selected based on their proximity (± 500 kb; ensembl database, release 75) to the MS risk single nucleotide polymorphisms (SNPs) proposed by the most recent multiple sclerosis GWAS in 2011, revealed that 67.3% of the MS risk genes were differentially expressed in EAE. Expression patterns of Bach2, Il2ra, Irf8, Mertk, Odf3b, Plek, Rgs1, Slc30a7, and Thada were confirmed in independent experiments, suggesting a contribution to T cell pathogenicity. Functional analysis of Nfatc1 revealed that Nfatc1-deficient CD4+ T cells were restrained in their ability to induce clinical signs of EAE. Nfatc1-deficiency allowed proper T cell activation, but diminished their potential to fully differentiate into Th17 cells and to express high amounts of lineage cytokines. As the inducible Nfatc1/αA transcript is distinct from the other family members, it could represent an interesting target for therapeutic intervention in MS.rn

Identification of candidate genes and physiological pathways involved in gonad deformation in whitefish (Coregonus spp.) from Lake Thun, Switzerland

In 2000, fishermen reported the appearance of deformed reproductive organs in whitefish (Coregonus spp.) from Lake Thun, Switzerland. Despite intensive investigations, the causes of these abnormalities remain unknown. Using gene expression profiling, we sought to identify candidate genes and physiological processes possibly associated with the observed gonadal deformations, in order to gain insights into potential causes. Using in situ-synthesized oligonucleotide arrays, we compared the expression levels at 21,492 unique transcript probes in liver and head kidney tissue of male whitefish with deformed and normally developed gonads, respectively. The fish had been collected on spawning sites of two genetically distinct whitefish forms of Lake Thun. We contrasted the gene expression profiles of 56 individuals, i.e., 14 individuals of each phenotype and of each population. Gene-by-gene analysis revealed weak expression differences between normal and deformed fish, and only one gene, ictacalcin, was found to be up-regulated in head kidney tissue of deformed fish from both whitefish forms, However, this difference could not be confirmed with quantitative real-time qPCR. Enrichment analysis on the level of physiological processes revealed (i) the involvement of immune response genes in both tissues, particularly those linked to complement activation in the liver, (ii) proteolysis in the liver and (iii) GTPase activity and Ras protein signal transduction in the head kidney. In comparison with current literature, this gene expression pattern signals a chronic autoimmune disease in the testes. Based on the recent observations that gonad deformations are induced through feeding of zooplankton from Lake Thun we hypothesize that a xenobiotic accumulated in whitefish via the plankton triggering autoimmunity as the likely cause of gonad deformations. We propose several experimental strategies to verify or reject this hypothesis.

Mice overexpressing BAFF develop a commensal flora-dependent, IgA-associated nephropathy

B cell activation factor of the TNF family (BAFF) is a potent B cell survival factor. BAFF overexpressing transgenic mice (BAFF-Tg mice) exhibit features of autoimmune disease, including B cell hyperplasia and hypergammaglobulinemia, and develop fatal nephritis with age. However, basal serum IgA levels are also elevated, suggesting that the pathology in these mice may be more complex than initially appreciated. Consistent with this, we demonstrate here that BAFF-Tg mice have mesangial deposits of IgA along with high circulating levels of polymeric IgA that is aberrantly glycosylated. Renal disease in BAFF-Tg mice was associated with IgA, because serum IgA was highly elevated in nephritic mice and BAFF-Tg mice with genetic deletion of IgA exhibited less renal pathology. The presence of commensal flora was essential for the elevated serum IgA phenotype, and, unexpectedly, commensal bacteria-reactive IgA antibodies were found in the blood. These data illustrate how excess B cell survival signaling perturbs the normal balance with the microbiota, leading to a breach in the normal mucosal-peripheral compartmentalization. Such breaches may predispose the nonmucosal system to certain immune diseases. Indeed, we found that a subset of patients with IgA nephropathy had elevated serum levels of a proliferation inducing ligand (APRIL), a cytokine related to BAFF. These parallels between BAFF-Tg mice and human IgA nephropathy may provide a new framework to explore connections between mucosal environments and renal pathology.

Immune response to influenza vaccination in children treated with methotrexate or/and tumor necrosis factor-alpha inhibitors

In children treated with immunosuppressive medication such as methotrexate and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) inhibitors, additional immunizations are recommended because of increased susceptibility to infections. However, it is unclear if adequate antibody response to vaccinations can be established in children receiving methotrexate and/or TNF-α inhibitors. In a prospective open label study, we assessed seroprotection and seroconversion following influenza vaccination during 2 seasons (6 strains) in 36 children with autoimmune disease treated either with methotrexate (n=18), TNF-α inhibitors (n=10) or both (n=8) and a control group of 16 immunocompetent children. Influenza antibody titers were determined by hemagglutinin inhibition assay, before and 4-8 weeks after vaccination. Post-vaccination seroprotection (defined as a titer ≥1:40) did not significantly differ between immunosuppressed and immunocompetent subjects. Seroconversion, defined as the change from a nonprotective (< 1:40) to a protective titer (≥1:40) with at least a 4-fold titer increase, was less likely to occur in immunosuppressed patients, although no significant difference from the control group was established. Safety evaluation of vaccination showed no serious adverse events. Children receiving methotrexate and/or TNF-α inhibitors can be safely and effectively immunized against influenza, with a seroprotection after vaccination comparable to immunocompetent children.

Structural modification of DNA--a therapeutic option in SLE?

Systemic lupus erythematosus (SLE) is an autoimmune disease that affects multiple organs, with glomerulonephritis representing a frequent and serious manifestation. SLE is characterized by the presence of various autoantibodies, including anti-DNA antibodies that occur in approximately 70% of patients with SLE and which contribute to disease pathogenesis. Consequently, immunosuppressive therapies are applied in the treatment of SLE to reduce autoantibody levels. However, increasing evidence suggests that DNA--especially double--stranded DNA-constitutes an important pathogenic factor that is able to activate inflammatory responses by itself in autoimmune diseases. Therefore, modifying the structure of DNA to reduce its pathogenicity might be a more targeted approach for the treatment of SLE than immunosuppression. This article presents information in support of this strategy, and discusses the potential methods of DNA structure manipulation--in light of data obtained from mouse models of SLE--including topoisomerase I inhibition, administration of DNase I, or modification of histones using heparin or histone deacetylase inhibitors.