Generierung und Transduktion wachstumsnegativer Signale durch den Contactinhibin-Rezeptor

Generierung und Transduktion wachstumsnegativer Signale durch den Contactinhibin-RezeptorDie kontaktabhängige Wachstumshemmung, Kontaktinhibition, basierend auf der Interaktion von Contactinhibin (Ci) und seinem Rezeptor (CiR), reguliert das Zellwachstum. Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der Signalweiterleitung über den CiR.Der transformierende Wachstumsfaktor TGF-beta führt in den meisten Zelltypen wie die Kontaktinhibition zum Zellzyklusstopp in der G1-Phase. Um mögliche Interaktionen der beiden Signalkaskaden zu untersuchen, wurden humane Keratinozyten (HaCaT) mit einem dominant-negativen TGF-beta-Rezeptor Typ II stabil transfiziert. Das Ausschalten des TGF-beta-Signalweges resultierte in einer erhöhten Sättigungsdichte und Aufhebung der Kontaktinhibition. Die durch Kontaktinhibition induzierte Zunahme der Expression der TGF-beta-mRNA bestätigte die mögliche Interaktion der beiden Signalwege.In einem weiteren Ansatz sollte die Proteinkinase C (PKC) als möglicher Second Messenger der Kontaktinhibition untersucht werden. Die Herunterregulierung der PKC-Isoformen alpha, delta, epsilon und mu nach Langzeit-Behandlung mit 12-O-Tetradecanoylphorbol-13-acetat führte in humanen Fibroblasten (FH109) zu einer Reduktion der Kontaktinhibition. Nur durch Inkubation mit dem spezifischen Inhibitor der delta-Isoform Rottlerin konnte die Kontaktinhibition vollständig aufgehoben werden. Eine Beteiligung der PKC-delta in die Kontaktinhibition wurde dadurch bestätigt, daß sowohl die Stärke ihrer Proteinexpression als auch ihre intrazelluläre Verteilung über Zell-Zellkontakte reguliert wurde. Außerdem führte die transiente Transfektion von Maus-Fibroblasten, NIH3T3, mit einer dominant-negativen Mutante der PKC-delta zu einem transformierten Phänotyp.

Controllo molecolare del differenziamento osteoblestico per applicazioni nel campo della rigenerazione del tessuto osseo

The aim of the study was to identify expression signatures unique for specific stages of osteoblast differentiation in order to improve our knowledge of the molecular mechanisms underlying bone repair and regeneration. We performed a microarray analysis on the whole transcriptome of human mesenchymal stem cells (hMSCs) obtained from the femoral canal of patients undergoing hip replacement. By defining different time-points within the differentiation and mineralization phases of hMSCs, temporal gene expression changes were visualised. Importantly, the gene expression of adherent bone marrow mononuclear cells, being the undifferentiated progenitors of bone cells, was used as reference. In addition, only the cultures able to form mineral nodules at the final time-point were considered for the gene expression analyses. To obtain the genes of our interest, we only focused on genes: i) whose expression was significantly upregulated; ii) which are involved in pathways or biological processes relevant to proliferation, differentiation and functions of bone cells; iii) which changed considerably during the different steps of differentiation and/or mineralization. Among the 213 genes identified as differentially expressed by microarray analysis, we selected 65 molecular markers related to specific steps of osteogenic differentiation. These markers are grouped into various gene clusters according to their involvement in processes which play a key role in bone cell biology such as angiogenesis, ossification, cell communication, development and in pathways like TGF beta and Wnt signaling pathways. Taken together, these results allow us to monitor hMSC cultures and to distinguish between different stages of differentiation and mineralization. The signatures represent a useful tool to analyse a broad spectrum of functions of hMSCs cultured on scaffolds, especially when the constructs are conceived for releasing growth factors or other signals to promote bone regeneration. Morover, this work will enhance our understanding of bone development and will enable us to recognize molecular defects that compromise normal bone function as occurs in pathological conditions.

Die Rolle der Ubiquitin-Ligase Smurf2 in T-Lymphozyten bei der Entwicklung von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen

TGF-beta ist ein Schlüsselmolekül zellvermittelter Immuntoleranz. So spielt es neben seiner pleiotropen Rolle in Immunzellen auch bei der Tumorentwicklung eine große Rolle. Das TGF-beta hat bei der Tumorentwicklung eine duale Rolle. So dient es in frühen Phasen als Tumorsuppressor, währenddessen es in späten Phasen der Entwicklung als Tumorpromotor wirkt. Eine strikte Regulation des TGF-beta Signalweges ist daher für ein funktionierendes Immunsystem von essentieller Bedeutung. Die Ubiquitin Ligase Smurf2 ist dabei ein wichtiger negativ Regulator des TGF-beta Signalweges.In der vorliegenden Arbeit konnte eine neue Spleißform des Smurf2 (dE2Smurf2) aus murinen CD4+ T-Zellen isoliert werden, deren Funktion in vitro und in vivo in T-Lymphozyten untersucht worden ist. Für diese Spleißform konnte zudem eine humane Relevanz nachgewiesen werden. Mit Hilfe von Überexpressionen in Cos7 Zellen konnte eine veränderte Lokalisation der Smurf2 Spleißformen (WT und dE2) festgestellt werden. Dabei konnten lysosomale und endosomale Kompartimente bei der Kolokalisation mit dem dE2Smurf2 Konstrukt beobachtet werden. Das Spleißen des Exons2 führte dabei zu Änderungen der Topologie der N-terminalen C2-Domäne, wodurch sich eine veränderte Lokalisation in der Zelle beschreiben ließ. Mit der veränderten intrazellulären Verteilung erfuhr auch die Funktion der dE2Smurf2 Ubiquitin Ligase eine Änderung. So konnte überraschenderweise eine positive Signalinduktion des TGF-beta Signalweges beobachtet werden, was im Gegensatz zum beschriebenen WTSmurf2 stand. Durch eine Überexpression des dE2Smurf2 Proteins in T-Lymphozyten wurde der TGF-beta Signalweg in CD4+ und CD8+ Zellen positiv reguliert, dabei wurde der TGFbetaRII vermehrt exprimiert und gleichzeitig fand eine verstärkte Phosphorylierung der Transkriptionsfaktoren Smad2 und Smad3 nach TGF-beta Stimulation statt. Die transgenen T-Lymphozyten waren somit sensitiver gegenüber TGF-beta. Dies führte zur Hypothese, die durch Western Blot Analyse bestätigt werden konnte, daß das dE2Smurf2 nach Überexpression seine WT-Form bindet und dadurch degradiert. Die Degradation der Ubiquitin Ligase war dabei Smad7 abhängig. Zur Analyse des Einflusses der Ubiquitin Ligase dE2Smurf2 auf die Differenzierung von CD4+ T-Zellen, sowie ihre Rolle bei der T-Zell Proliferation, konnte gezeigt werden, daß durch die höhere Sensitivität gegenüber TGF-beta naive T-Zellen unter Einfluß von TGF-beta und IL6 vermehrt in TH17 Zellen differenzierten. Zudem konnte gezeigt werden, daß die Proliferationsrate transgener naiver CD4+ T-Zellen bei geringen Mengen von TGF-beta starkt vermindert war. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß bei einer Differenzierung der naiven CD4+ T-Zellen in TH1 Zellen, diese signifkant weniger das proinflammatorische Zytokin INFγ produzierten.So zeigten in vivo Versuche, daß die transgenen Tiere in der Entwicklung von Kolorektalen Karzinomen protektiert waren. Sowohl im kolitisassiziierten Tumor Modell als auch bei der spontanen Entwicklung von Tumoren im APCmin Modell. Dies konnte zum einen auf eine deutlich verminderte Entzündung (geringere Produktion an Zytokinen durch verminderte Proliferation) des Darms und zum anderen durch eine stärkere Produktion an zytotoxischen Genen, wie Perforin, INFγ und Granzym B erklärt werden. Interessanterweise konnte jedoch im Transfer Kolitis Modell eher eine proinflammatorische Wirkung des dE2Smurf2 Proteins nachgewiesen werden. So wiesen die immundefizienten Mäuse, in denen die transgenen T-Zellen injiziert wurden, eine signifikant stärkere Kolitis auf als die Kontrollen. Dies konnte mit einer Überproduktion an IL17 sezernierenden T-Zellen erklärt werden. Klonierungsexperimente führten zudem zur Identifikation einer bisher nicht beschriebenen nicht kodierenden RNA. Diese zeigte in Kombination mit dem dE2Smurf2 Protein in einer Reportergen Analyse eine Hyperaktivierung des Smad3 Promotors. Diese Daten liefern zum einen ein genaueres Modell über die Regulation des TGF-beta Signalweges sowie wichtige Erkenntnisse zur Pathophysiologie chronisch entzündlicher Darmerkrankung und daraus resultierende Tumorerkrankungen. So entwickelt sich das dE2Smurf2, Teil des TGF-beta Signalweges, als attraktives Zielprotein für die Modulation von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen und (kolitisassoziierte) Kolonkarzinomen.

Bedeutung der synovialen Strukturqualität für die Ernährung des Chondrozyten

In dieser Arbeit wird eine Einteilung der degenerativen strukturellen Veränderungen der Synovialmembran vorgestellt. Anhand der Kriterien Fibrosierung des Stromas, Rückgang des Gefäßnetzes, Auftreten von Hyalinose und chondroider Metaplasie mit und ohne Nachweis von CPPD Kristallen wurden Präparate der Synovialmembran von 59 Patienten mit Nachweis degenerativer strukturellen Veränderungen in 4 Stadien eingeteilt. rnHyalinose (Stadium 3) konnte in den untersuchten Schnitten nur relativ selten beobachtet werden, so dass am ehesten von einem Vorstadium zur chondroiden Metaplasie auszugehen ist. rnDie Verteilung der Erkrankungsdauer und des Alters in den verschiedenen Stadien lassen darauf schließen, dass höhere Stadien mit höherem Alter und längerer Erkrankungsdauer korrelieren. rnAus der vorhandenen Literatur ergeben sich Hinweise, welche Faktoren zu der Entstehung der strukturellen Veränderungen beitragen können: rnAus dem Netzwerk der Zytokine scheinen TGF-beta und die BMP’s an der Zunahme der Fibrose und an der Entstehung chondroider Metaplasie beteiligt zu sein. Makrophagen scheinen dabei eine wichtige Rolle zu spielen. Dies weist darauf hin, dass entzündliche und strukturelle Veränderungen miteinander vernetzt sind. rnBei der Entstehung der chondroiden Metaplasie kommen zusätzlich mechanische Einflüsse in Form von zyklischen Kompressionen als Einflussfaktor in Frage. rnDie Regulierung der Angiogenese ist noch zu wenig verstanden, um den Gefäßrückgang bei fortgeschrittenen strukturellen Veränderungen zu erklären. Erklärungsansätze sind zum einen zunehmende mechanische Schädigung bei zunehmender Inkongruenz der Gelenkflächen. Zum anderen könnte eine beginnende chondroide Metaplasie mit Expression von Chondromodulin I eine entscheidende Rolle spielen. rnInsgesamt muss man davon ausgehen, dass die zunehmenden strukturellen Veränderungen die Ernährung des Knorpels erschweren. Dabei ist an erster Stelle der Rückgang des Gefäßnetzes zu nennen. Dies erschwert nicht nur die Versorgung mit Nährstoffen, sondern auch den Abtransport von Stoffwechselprodukten. Ab einem gewissen Punkt ist aber auch davon auszugehen, dass die Funktion der Deckzellschicht beeinträchtigt wird. Wenn die Konzentration der Hyaluronsäure in der Synovia dadurch sinkt, kann dies durch eine vermehrte Permeabilität der Synovialmembran zum verstärkten Ausstrom von Wasser aus der Gelenkhöhle führen. Durch ein Ödem des umliegenden Gewebes kann dadurch der Blutfluss im Bereich des Gelenks zusätzlich vermindert werden. rnAuch die zunehmende Fibrosierung der Synovialmembran kann einen Einfluss auf die Permeabilität der Synovialmembran haben. Ob und in welchen Stadien der Veränderungen das einen relevanten Einfluss für die Ernährung der Chondrozyten hat, ist noch unklar.rn

Einfluss des Treg-Aktivierungsmarkers GARP auf die Differenzierung und Funktion von T-Zellen

CD4+CD25+FoxP3+ regulatorische T-Zellen (Treg) spielen eine essentielle Rolle bei der Unterdrückung von schädlichen Immunreaktionen. Da aktivierte CD4+ T-Helferzellen auch CD25 und FoxP3 exprimieren, können diese nicht als spezifische Marker zur Identifikation von Treg verwendet werden. Die Analyse der Membranproteinexpression beider Populationen führte zur Identifikation von GARP (glycoprotein A repetitions predominant) als spezifischer Marker auf aktivierten Treg. GARP bindet LAP und TGF-beta, welches für die Unterdrückung von entzündlichen T-Zellantworten von Bedeutung ist. Um die Funktion von GARP unabhängig von Treg zu untersuchen, wurde ein lösliches GARP Protein (sGARP) synthetisiert und sein Effekt auf die Aktivierung und Differenzierung von humanen T-Zellen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sGARP die Proliferation von naiven CD4+ T-Zellen supprimiert und zu einer Phosphorylierung von SMAD2/3 sowie zu der Induktion von FoxP3 führt. Zusätzlich inhibiert sGARP die Produktion von Effektorzytokinen wie IL-2 und IFN-gamma. Die Stimulation von naiven CD4+ T-Zellen mit sGARP induziert die Differenzierung zu Treg, welche in Kokultur die Aktivierung von T-Effektorzellen supprimieren. Die Wirkung war vergleichbar in naiven CD4+ und ruhenden CD4+CD45RA+ T-Zellen, konnte aber in differenzierten CD4+CD45RO+ T-Zellen nicht nachgewiesen werden. Die Induktion von FoxP3 und die Phosphorylierung von SMAD2/3 konnte durch eine Blockade des TGF-beta-Signalweges inhibiert werden. Dies lässt vermuten, dass die Funktion von sGARP zumindest teilweise von TGF-beta abhängig ist. Zusätzlich zu seiner passiven Rolle als TGF-beta-Transporter, induzierte sGARP die TGF-beta-Produktion in naiven T-Zellen und trägt so zum Mechanismus der infektiösen Toleranz bei. Des Weiteren fördert die Stimulation von sGARP in Anwesenheit von IL-6 und IL-23 die Differenzierung zu Th17 Zellen. rnNeben dem Einfluss von sGARP auf die Differenzierung von CD4+ T-Zellen, supprimiert sGARP die Proliferation und Granzyme B-Expression in CD8+ T-Zellen. rnFür die Analyse der immunmodulatorischen Funktion von sGARP in vivo wurde ein Modell einer xenogenen GvHD (graft-versus-host disease) verwendet. Der Transfer von humanen PBMC in neugeborene, immundefiziente Rag2-/-gamma-chain-/--Mäuse führt zu einer letalen GvHD, welche durch die Applikation von humanen Treg dosisabhängig unterdrückt werden kann. In diesem Modell konnte die repetitive Gabe von sGARP, ohne zusätzliche Zugabe von Treg, ebenfalls die GvHD unterdrücken. Dies lässt auf einen synergistischen Effekt von sGARP und Treg bei der Suppression inflammatorischer T-Zellantworten schließen. rnZusammengefasst lassen die Ergebnisse auf eine entscheidende Rolle von GARP in der Modulation der peripheren Toleranz folgern und zeigen sGARP als potentes Biological für die Behandlung von unerwünschten inflammatorischen Immunantworten.

Prozessierung des humanen GARP–Rezeptors und die physiologischen Auswirkungen

GARP (Glycoprotein A Repetitions Predominant) ist ein Oberflächenrezeptor auf regulatorischen T–Zellen (TRegs), der den latenten TGF–β (Transforming Growth Factor–β) bindet. Ein Funktionsverlust von T Regs hat gravierende Autoimmunerkrankungen wie das Immunodysregulation Polyendocrinopathy Enteropathy X–linked Syndrome (IPEX), Multiple Sklerose (MS) oder Rheumatoide Arthritis (RA) zur Folge. GARP stellt über eine Erhöhung der Aktivierbarkeit von TGF–β den regulatorischen Phänotyp von TRegs sicher und inhibiert die Ausbreitung von autoreaktiven TH17 Zellen.rn In dieser Arbeit stand die Regulation von GARP selbst im Mittelpunkt. Es konnte gezeigt werden, dass es sich innerhalb der kiefertragenden Vertebraten um ein strikt konserviertes Protein handelt. Datenbankanalysen machten deutlich, dass es zuerst in basalen Knochenfischen zusammen mit anderen Komponenten der adaptiven Immunantwort auftritt. Ein 3D–Modell, welches über Homologiemodellierung erstellt wurde, gab Aufschluss über die Struktur des Rezeptors und mögliche intramolekulare Disulfidbrücken. Für in vitro Versuche wurde eine lösliche Variante von GARP durch einen Austausch der Transmembrandomäne durch C–terminale Meprin α Domänen konstruiert. Diese Variante wurde in der eukaryotischen Zellkultur zuverlässig in den Überstand sezerniert und konnte chromatografisch gereinigt werden. Mit diesem rekombinanten GARP wurden Prozessierungsversuche mit Autoimmunpathogenese assoziierten Proteasen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Serinproteasen Trypsin, Neutrophile Elastase und Plasmin, sowie die Metalloprotease MMP2 in der Lage sind, GARP vollständig zu degradieren. In TGF–β sensitiven Proliferationsuntersuchungen stellte sich heraus, dass die entstandenen Fragmente immer noch in der Lage waren die Aktivierbarkeit von TGF–β zu erhöhen. Neben der Degradierung durch die oben genannten Proteasen konnte ebenfalls beobachtet werden, dass MMP9 und Ovastacin in der Lage sind GARP spezifisch zu schneiden. Ovastacin mRNA wurde in dieser Arbeit das erste Mal außerhalb der Oocyte, in T–Zellen beschrieben. Mit GARP wurde zudem das zweite Proteinsubstrat, neben dem Zona Pellucida Protein 2 identifiziert. Das durch MMP9 erzeugte N–terminale Fragment besitzt zwar die Eigenschaft, an TGF–β zu binden, kann aber die Aktivierbarkeit von TGF–β nicht mehr wie das intakte GARP erleichtern. rnDiese Arbeit zeigte, dass GARP durch Proteolyse reguliert wird, wobei die entstehenden Fragmente unterschiedlichen Einfluss auf die Aktivierbarkeit von TGF–β haben. Dieses Wissen bildet die Grundlage für weitere Untersuchungen im translationalen Forschungsbereich, um die gewonnenen Erkenntnisse zur Immunmodulation in der Therapie verschiedener Krankheiten einsetzen zu können.rn

Wirkung und Interaktion der Wachstumsfaktoren Myostatin und IGF-1 im murinen Herzen

Myostatin, ein Mitglied der TGF-β Familie von Wachstumsfaktoren, ist ein negativer Regulator des Skelettmuskelwachstums. Obwohl Myostatin nach einer Vielzahl pathologischer Zustände im Herzen massiv hochreguliert wird, ist die physiologische und pathophysiologische Funktion von Myostatin im Herzen noch kaum erforscht. Deshalb wurde im Rahmen dieser Dissertation die Funktion von Myostatin im adulten Herzen untersucht. Dazu wurden Mausmodelle, in denen Myostatin in Kardiomyozyten deletiert und überexprimiert wird, verwendet. Ich konnte zeigen, dass die akute Deletion von Myostatin in Kardiomyozyten zu einer erhöhten Lethalität, Herzinsuffizienz und Hypertrophie führt. Dabei konnte ich eine Aktivierung der AMP-aktivierten Kinase (AMPK) als Ursache der Hypertrophie identifizieren und mit Hilfe eines AMPK Inhibitors die Entstehung der Hypertrophie in vivo verhindern. Des Weiteren konnte ich in vivo und in vitro zeigen, dass Myostatin AMPK über die TGF-β-aktivierte Kinase 1 (TAK1) und seinen kanonischen Rezeptor inhibiert. Die akute Deletion von Myostatin hemmte auch die Expression von Rgs2, einem Inhibitor der Gq Signalkaskade, und führte dadurch zu einer Aktivierung dieses für Herzinsuffizienz elementaren Signalweges. Außerdem verbesserte die akute adulte Überexpression von Myostatin die Herzkontraktilität leicht, während eine langfristige Überexpression eine interstitielle Fibrose, die über TAK1 und p38 vermittelt wird, induzierte. Hiermit konnte ich Myostatin als neuen Regulator der Hypertrophie und Herzinsuffizienz etablieren.rn

The in vitro effects of dexamethasone, insulin and triiodothyronine on degenerative human intervertebral disc cells under normoxic and hypoxic conditions

Degeneration of intervertebral discs (IVD) is one of the main causes of back pain and tissue engineering has been proposed as a treatment. Tissue engineering requires the use of highly expensive growth factors, which might, in addition, lack regulatory approval for human use. In an effort to find readily available differentiation factors, we tested three molecules – dexamethasone, triiodothyronine (T3) and insulin – on human IVD cells isolated after surgery, expanded in vitro and transferred into alginate beads. Triplicates containing 40 ng/ml dexamethasone, 10 nM T3 and 10 µg/ml insulin, together with a positive control (10 ng/mL transforming growth factor (TGF)-beta 1), were sampled weekly over six weeks and compared to a negative control. Furthermore, we compared the results to cultures with optimized chondrogenic media and under hypoxic condition (2% O2). Glycosaminoglycan (GAG) determination by Alcian Blue assay and histological staining showed dexamethasone to be more effective than T3 and insulin, but less than TGF-beta1. DNA quantification showed that only dexamethasone stimulated cell proliferation. qPCR demonstrated that TGF-beta1 and the optimized chondrogenic groups increased the expression of collagen type II, while aggrecan was stimulated in cultures containing dexamethasone. Hypoxia increased GAG accumulation, collagen type II and aggrecan expression, but had no effect on or even lowered cell number. In conclusion, dexamethasone is a valuable and cost-effective molecule for chondrogenic and viability induction of IVD cells under normoxic and hypoxic conditions, while insulin and T3 did not show significant differences.

Intraperitoneal Echinococcus multilocularis infection in mice modulates peritoneal CD4+ and CD8+ regulatory T cell development

Intraperitoneal proliferation of the metacestode stage of Echinococcus multilocularis in experimentally infected mice is followed by an impaired host immune response favoring parasite survival. We here demonstrate that infection in chronically infected mice was associated with a 3-fold increase of the percentages of CD4+ and CD8+ peritoneal T (pT) cells compared to uninfected controls. pT cells of infected mice expressed high levels of IL-4 mRNA, while only low amounts of IFN-gamma mRNA were detected, suggesting that a Th2-biased immune response predominated the late stage of disease. Peritoneal dendritic cells from infected mice (AE-pDCs) expressed high levels of TGF-beta mRNA and very low levels of IL-10 and IL-12 (p40) mRNA, and the expression of surface markers for DC-maturation such as MHC class II (Ia) molecules, CD80, CD86 and CD40 was down-regulated. In contrast to pDCs from non-infected mice, AE-pDCs did not enhance Concanavalin A (ConA)-induced proliferation when added to CD4+ pT and CD8+ pT cells of infected and non-infected mice, respectively. In addition, in the presence of a constant number of pDCs from non-infected mice, the proliferation of CD4+ pT cells obtained from infected animals to stimulation with ConA was lower when compared to the responses of CD4+ pT cells obtained from non-infected mice. This indicated that regulatory T cells (Treg) may interfere in the complex immunological host response to infection. Indeed, a subpopulation of regulatory CD4+ CD25+ pT cells isolated from E. multilocularis-infected mice reduced ConA-driven proliferation of CD4+ pT cells. The high expression levels of Foxp3 mRNA by CD4+ and CD8+ pT cells suggested that subpopulations of regulatory CD4+ Foxp3+ and CD8+ Foxp3+ T cells were involved in modulating the immune responses within the peritoneal cavity of E. multilocularis-infected mice.

Echinococcus multilocularis and its intermediate host: a model of parasite-host interplay

Host-parasite interactions in the E. multilocularis-intermediate host model depend on a subtle balance between cellular immunity, which is responsible for host's resistance towards the metacestode, the larval stage of the parasite, and tolerance induction and maintenance. The pathological features of alveolar echinococcosis. the disease caused by E. multilocularis, are related both to parasitic growth and to host's immune response, leading to fibrosis and necrosis, The disease spectrum is clearly dependent on the genetic background of the host as well as on acquired disturbances of Th1-related immunity. The laminated layer of the metacestode, and especially its carbohydrate components, plays a major role in tolerance induction. Th2-type and anti-inflammatory cytokines, IL-10 and TGF-beta, as well as nitric oxide, are involved in the maintenance of tolerance and partial inhibition of cytotoxic mechanisms. Results of studies in the experimental mouse model and in patients suggest that immune modulation with cytokines, such as interferon-alpha, or with specific antigens could be used in the future to treat patients with alveolar echinococcosis and/or to prevent this very severe parasitic disease.

The immunomodulator FTY720 and its phosphorylated derivative activate the Smad signalling cascade and upregulate connective tissue growth factor and collagen type IV expression in renal mesangial cells

1.--The immunomodulating agent FTY720 is a substrate for the sphingosine kinase and the phosphorylated form is able to bind to sphingosine 1-phosphate (S1P) receptors. In this study, we show that exposure of renal mesangial cells to phospho-FTY720 leads to a rapid and transient activation of several protein kinase cascades, including the mitogen- and stress-activated protein kinases. The nonphosphorylated FTY720 also increased MAPK phosphorylation, but with a reduced potency and a more delayed time course. In addition, phospho-FTY720 and FTY720 are able to increase phosphorylation of Smad proteins which are classical members of the transforming growth factor-beta (TGF-beta) signalling device, thus suggesting a crosstalk between FTY720 and TGF-beta signalling. 2.--Pretreatment with the S1P(3) receptor antagonist suramin inhibits FTY720 and phospho-FTY720-induced Smad phosphorylation, whereas pertussis toxin pretreatment, which blocks G(i/0) proteins, has no effect on Smad phosphorylation. 3.--Since TGF-beta is a potent profibrotic cytokine in mesangial cells and upregulates the connective tissue growth factor (CTGF) and collagen as important hallmarks in the fibrotic sequelae, we investigated whether FTY720 and phospho-FTY720 are able to mimic these effects of TGF-beta. Indeed, FTY720 and phospho-FTY720 markedly upregulate CTGF and collagen type IV protein expressions. In addition, the tissue inhibitor of metalloproteinase-1 is transcriptionally activated by FTY720, whereas cytokine-induced matrix metalloproteinase-9 is down-regulated by FTY720. 4.--Depletion of the TGF-beta receptor type II by the siRNA transfection technique blocks not only Smad phosphorylation but also CTGF upregulation. Similarly, Smad-4 depletion by siRNA transfection also abrogates CTGF upregulation induced by FTY720 and phospho-FTY720. 5.--In summary, our data show that FTY720 and phospho-FTY720 not only activate the Smad signalling cascade in mesangial cells, but also upregulate the expression of CTGF and collagen. These findings suggest that FTY720 may have additional effects besides the established immunomodulatory action and, importantly, a profibrotic activity has to be considered in future experimental approaches.

Temporal expression of inflammatory mediators in brain basilar artery vasculitis and cerebrospinal fluid of rabbits with coccidioidal meningitis

Strokes due to transmural vasculitis associated with coccidioidal meningitis result in significant morbidity and mortality. The immunological and inflammatory processes responsible are poorly understood. To determine the inflammatory mediators, i.e. cytokines, chemokines, iNOS, matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), that possibly contribute to vasculitis, temporal mRNA expression in brain basilar artery samples and MMP-9 protein in the CSF of male NZW rabbits infected intracisternally with 6.5 x 10(4) arthroconidia of Coccidioides immitis were assessed. Five infected and 3 sham-injected rabbits at each time point were euthanized 4, 9, 14 and 20 days post infection. All infected rabbits had neurological abnormalities and severe vasculitis in the basilar arteries on days 9-20. In basilar arteries of infected animals versus controls, mRNAs encoding for IL-6, iNOS, IFN-gamma, IL-2, MCP-1, IL-1beta, IL-10, TNF-alpha, CCR-1, MMP-9, TGF-beta, as well as MMP-9 protein in CSF, were found to be significantly up-regulated. Thus, this study identified inflammatory mediators associated with CNS vasculitis and meningitis due to C. immitis infection. Assessment of the individual contribution of each mediator to vasculitis may offer novel approaches to the treatment of coccidioidal CNS infection. This study also provides unique methodology for immunology studies in a rabbit model.

Airway remodelling in children with cystic fibrosis

BACKGROUND: The relationship between airway structural changes and inflammation is unclear in early cystic fibrosis (CF) lung disease. A study was undertaken to determine changes in airway remodelling in children with CF compared with appropriate disease and healthy controls. METHODS: Bronchoalveolar lavage and endobronchial biopsy were performed in a cross-sectional study of 43 children with CF (aged 0.3-16.8 years), 7 children with primary ciliary dyskinesia (PCD), 26 with chronic respiratory symptoms (CRS) investigated for recurrent infection and/or cough and 7 control children with no lower airway symptoms. Inflammatory cells, cytokines, proteases and matrix constituents were measured in bronchoalveolar lavage fluid (BALF). Reticular basement membrane (RBM) thickness was measured on biopsy specimens using light microscopy. RESULTS: Increased concentrations of elastin, glycosaminoglycans and collagen were found in BALF from children with CF compared with the CRS group and controls, each correlating positively with age, neutrophil count and proteases (elastase activity and matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) concentration). There were significant negative correlations between certain of these and pulmonary function (forced expiratory volume in 1 s) in the CF group (elastin: r = -0.45, p<0.05; MMP-9:TIMP-1 ratio: r = -0.47, p<0.05). Median RBM thickness was greater in the CF group than in the controls (5.9 microm vs 4.0 microm, p<0.01) and correlated positively with levels of transforming growth factor-beta(1) (TGF-beta(1); r = 0.53, p = 0.01), although not with other inflammatory markers or pulmonary function. CONCLUSIONS: This study provides evidence for two forms of airway remodelling in children with CF: (1) matrix breakdown, related to inflammation, proteolysis and impaired pulmonary function, and (2) RBM thickening, related to TGF-beta(1) concentration but independent of other markers of inflammation.

The etiology of liver damage imparts cytokines transforming growth factor beta1 or interleukin-13 as driving forces in fibrogenesis

It is unknown whether transforming growth factor beta1 (TGF-beta1) signaling uniformly participates in fibrogenic chronic liver diseases, irrespective of the underlying origin, or if other cytokines such as interleukin (IL)-13 share in fibrogenesis (e.g., due to regulatory effects on type I pro-collagen expression). TGF-beta1 signaling events were scored in 396 liver tissue samples from patients with diverse chronic liver diseases, including hepatitis B virus (HBV), hepatitis C virus (HCV), Schistosoma japonicum infection, and steatosis/steatohepatitis. Phospho-Smad2 staining correlated significantly with fibrotic stage in patients with HBV infection (n = 112, P < 0.001) and steatosis/steatohepatitis (n = 120, P < 0.01), but not in patients with HCV infection (n = 77, P > 0.05). In tissue with HBx protein expression, phospho-Smad2 was detectable, suggesting a functional link between viral protein expression and TGF-beta1 signaling. For IL-13, immunostaining correlated with fibrotic stage in patients with HCV infection and steatosis/steatohepatitis. IL-13 protein was more abundant in liver tissue lysates from three HCV patients compared with controls, as were IL-13 serum levels in 68 patients with chronic HCV infection compared with 20 healthy volunteers (72.87 +/- 26.38 versus 45.41 +/- 3.73, P < 0.001). Immunohistochemistry results suggest that IL-13-mediated liver fibrogenesis may take place in the absence of phospho-signal transducer and activator of transcription protein 6 signaling. In a subgroup of patients with advanced liver fibrosis (stage > or =3), neither TGF-beta nor IL-13 signaling was detectable. Conclusion: Depending on the cause of liver damage, a predominance of TGF-beta or IL-13 signaling is found. TGF-beta1 predominance is detected in HBV-related liver fibrogenesis and IL-13 predominance in chronic HCV infection. In some instances, the underlying fibrogenic mediator remains enigmatic.

Chronic rejection in lung allografts: immunohistological analysis of fibrogenesis

In ongoing chronic rejection after lung transplantation, alveolar interstitial fibrosis develops. However, little is known about the mechanisms involved. In order to investigate these mechanisms, expression of extracellular matrix molecules (ECM) (undulin, decorin, tenascin, laminin, and fibronectin) and cytokines [transforming growth factor (TGF)-beta 1, TGF-beta 3, platelet-derived growth factor (PDGF), and PDGF receptor] were semiquantitatively evaluated in chronically rejected lung allografts, using standard immunohistochemical techniques. Additionally, the presence of macrophages was analysed. The present study demonstrates an increased infiltration of macrophages with a concomitant upregulation of cytokines (TGF-beta 1, TGF-beta 3, and PDGF) and an increased deposition of ECM in chronic lung rejection. These cytokines have an important role in the stimulation of fibroblasts which are a major source of ECM. Upregulated expression of ECM in the alveolar interstitial space leads to alveolar malfunction by thickening of the wall and, thus, is one of the causative factors of respiratory dysfunction in chronic lung graft rejection.