Rôle des cellules dendritiques SIRPα+ dans l’asthme expérimental

L’asthme est une maladie multifactorielle hétérogène qui engendre une inflammation pulmonaire associée à une variété de manifestations cliniques, dont des difficultés respiratoires graves. Globalement, l’asthme touche environ une personne sur 6 et présente actuellement un sérieux problème de santé publique. Bien que de nombreux traitements soient disponibles pour soulager les symptômes de la maladie, aucun traitement curatif n’est actuellement disponible. La compréhension des mécanismes qui régissent l’état inflammatoire au cours de la maladie est primordiale à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques efficaces. Les cellules dendritiques captent les allergènes dans les poumons et migrent vers les ganglions drainants pour les présenter aux cellules T et engendrer la réponse inflammatoire pathogénique chez les asthmatiques. Nous avons contribué à l’avancement des connaissances mécanistiques de l’asthme en identifiant chez la souris la sous-population de cellules dendritiques responsable de l’initiation et du maintien de la réponse inflammatoire locale et systémique associée à l’asthme. En effet, nous avons démontré que le SIRPα, récepteur extracellulaire impliqué dans la régulation de la réponse immune, est sélectivement exprimé à la surface des cellules dendritiques immunogéniques. L’interruption de la liaison entre le SIRPα et son ligand, le CD47, interfère avec la migration des cellules dendritiques SIRPα+ et renverse la réponse inflammatoire allergique. Ce mécanisme constitue une avenue thérapeutique prometteuse. D’ailleurs, les molécules de fusion CD47-Fc et SIRPα-Fc se sont avérées efficaces pour inhiber l’asthme allergique dans le modèle murin. Nous avons également démontré l’implication des cellules dendritiques SIRPα dans un modèle d’inflammation pulmonaire sévère. L’administration répétée de ces cellules, localement par la voie intra-trachéale et systémiquement par la voie intra-veineuse, mène au développement d’une réponse inflammatoire mixte, de type Th2-Th17, similaire à celle observée chez les patients atteints d’asthme sévère. La présence de cellules T exprimant à la fois l’IL-17, l’IL-4, l’IL-13 et le GATA3 a été mise en évidence pour la première fois in vitro et in vivo dans les poumons et les ganglions médiastinaux grâce à ce modèle. Nos expériences suggèrent que ces cellules Th2-Th17 exploitent la plasticité des cellules T et sont générées à partir de la conversion de cellules Th17 qui acquièrent un phénotype Th2, et non l’inverse. Ces résultats approfondissent la compréhension des mécanismes impliqués dans l’initiation et le maintien de l’asthme allergique et non allergique, en plus d’ouvrir la voie à l’élaboration d’un traitement spécifique pour les patients asthmatiques, particulièrement ceux pour qui aucun traitement efficace n’est actuellement disponible.

Agents that inhibit histamine release: A review

It is well known that histamine is found in high concentration in mast cell granules(1). The histamine content of these granules may be released to the extracellular space if an appropriate stimulus is provided(2). Besides histamine, other preformed active substances like enzymes, chemotatic factors and proteoglycans, as well as newly generated mediators like eicosanoids, platelet activating factor and adenosine are released during the secretion process of mast cells(3). The activation of mast cell degranulation has been associated with a number of pathologic disorders, most frequently, diseases derived from the atopic state(4). It is now evident that mast cells are the primary effector cells in the early reaction in both allergic and non-allergic asthma(5,6), although some authors doubt that the late reaction of asthma is a mast cell dependent event(6). Other studies point towards basophils as cellular elements involved in the secondary phase of inflammation in allergic diseases(7). Secretion would depend on a histamine releasing factor, and on the presence of IgE on the basophil's surface(8). There is also evidence suggesting involvement of mast cells in some non-allergic inflammatory processes like arthritis(9). The pharmacological management of these diseases basically consists in the use of methylxantines, beta 2-adrenergic agonists, glucocorticoids, sodium cromoglycate-like drugs, anticholinergic and antihistaminic H 1 antagonists(10). Their therapeutic effects include bronchodilatation, receptor and physiological antagonism, prevention of inflammatory responses induced by secondary cells, and finally, inhibition of mast cell activation(11). This review is concerned with compounds having inhibitory action on mast cell activation, and their possible importance on the pathophysiology of mast cell-related diseases.

Induktion regulatorischer T-Zellen zur Inhibition allergenspezifischer Immunantworten im Mausmodell der Typ I-Allergie

Die Induktion regulatorischer T-Zellen (Treg) spielt im Zusammenhang mit der Kontrolle allergenspezifischer Reaktionen, insbesondere auch im Rahmen einer erfolgreichen Hyposensibilisierung mit hohen Allergendosen, eine zentrale Rolle. In der vorliegenden Arbeit wurden die Mechanismen der Rekrutierung allergenspezifischer Treg daher in einem Mausmodell untersucht, in dem analog zur spezifischen Immuntherapie (SIT) die repetitive Verabreichung von hohen Antigendosen einen IgE-spezifischen Suppressionsmechanismus aktiviert, während die Injektion niedriger Antigendosen eine potente IgE-Antwort induziert. Th1-Zellen sowie konventionelle CD4+CD25+ oder CD8+CD28- Treg konnten als Vermittlerpopulationen des suppressiven Effektes in hochdosig immunisierten Mäusen ausgeschlossen werden. Mittels Transferexperimenten wurden erstmals CD4-CD8- doppelt negative Treg als eine die IgE-Suppression vermittelnde Zellpopulation identifiziert. Desweiteren wurden DNA-Transferexperimente durchgeführt, mit dem Ziel, adaptive Treg zum Zwecke der Inhibition allergenspezifischer Immunreaktionen zu induzieren. Dazu wurden IL-10- bzw. TGF-ß-kodierende Plasmide (pCMV-IL-10, pCMV-TGF-ß) hergestellt und in Kombination mit einem Plasmid, welches das Modellallergen ß-Galaktosidase (ßGal) unter der Kontrolle des DC-spezifischen Fascin-Promotors (pFascin-ßGal) kodierte, Mäusen mit der Genpistole appliziert. Die Expression des Modellallergens in Verbindung mit der konstitutiven Produktion von immunsuppressiven Zytokinen sollte bei den mit den transfizierten DC interagierenden antigenspezifischen T-Zellen zu einer verstärkten Differenzierung von Treg führen. Die Experimente zeigten, dass die Koapplikation von IL-10-kodierenden Plasmiden eine Immunsuppression induziert, die sich in einer verminderten antigenspezifischen Antikörperproduktion, Zytokinproduktion und CTL-Induktion zeigt, die jedoch bei nachfolgender Sensibilisierung mit ßGal-Protein nicht aufrechterhalten werden kann. Dahingegen führte die Koapplikation von TGF-ß-kodierenden Plasmiden verbunden mit einer nachfolgenden Sensibilisierung zu einer leichten Inhibition der IgG1- und IgG2a-Produktion verglichen mit der Vakzinierung mit pFascin-ßGal allein. Dieser inhibitorische Effekt von pCMV-TGF-ß wurde interessanterweise nicht bereits nach der DNA-Immunisierung, sondern erst nach Sensibilisierung mit dem Protein beobachtet.

Die Beeinflussung einer Th2-Zell-vermittelten Immunantwort durch Interleukin-1-alpha am Beispiel des murinen allergischen Asthmas

Dass durch IL-1α die Th1-vermittelte Immunreaktion der kutanen Leishmaniasis beeinflusst werden kann, konnte unsere Arbeitsgruppe bereits zeigen. Daran anknüpfend war das Ziel meiner Dissertation zu prüfen, ob sich diese Erkenntnisse im Modell des murinen allergischen Asthmas reproduzieren lassen, auch im Sinne eines zukünftigen therapeutischen Nutzens für die Behandlung dieser epidemiologisch hochrelevanten Erkrankung. Daneben sollte die Verwendung der gesamten murinen Lunge als Quelle für Untersuchungsmaterial erschlossen werden. Zu diesem Zweck wurden bei BALB/c Mäusen ein (OVA)/Alum-induziertes allergisches Asthma in Gegenwart oder Abwesenheit von IL-1α generiert. Anschließend wurde eine broncheoalveoläre Lavage (BAL) durchgeführt, bzw. die komplette linke Lunge gewonnen und prozessiert. Der Einfluss von IL-1α auf den Phänotyp der Th2-vermittelten Immunantwort ließ sich auf zytomorphologischer, durchflusszytometrischer und Zytokin-Ebene nachweisen. So zeigte ein Teil unserer Ergebnisse, dass nach der frühen Gabe eine Tendenz zur Verlagerung des Gewichtes der Abwehrreaktion von Th2 in Richtung Th1 besteht. Ebenso fanden sich Hinweise für eine relative Augmentation der Th2-Antwort durch den Einsatz von IL-1α zu einem späteren Zeitpunkt. Eine absolute Verstärkung der Th2-Reaktion auf OVA durch IL-1α konnten wir nicht messen. Hier scheint mit OVA allein schon eine maximale Ausprägung erreicht zu sein. Neben den Th1/Th2-Effekten wurden auch einige gegenläufige Beobachtungen gemacht, welche nicht a priori durch das Th1/Th2-Paradigma zu erklären sind, sondern den Einfluß von IL-1α auf andere Systeme belegen, wie z. B. die Wirkung auf CCL28 und regulatorische T-Zellen. Für die Gewinnung von inflammatorischen Zellen aus der kompletten Lunge und deren weitere Untersuchung konnten wir eine Methode entwickeln und standardisieren, welche relativ einfach in der Durchführung ist und zuverlässig eine im Verhältnis zur BAL hohe Zellzahl liefert, was wiederum ein breites Spektrum an weiteren Untersuchungen erlaubt. Durch den Vorgang der mechanischen und enzymatischen Prozessierung scheinen die funktionellen Eigenschaften der Zellen nicht wesentlich beeinträchtigt zu sein. Der Einsatz von IL-1α resultierte letztendlich in einem Mischbild an hervorgerufenen Veränderungen und es bedarf noch weiterer Studien, um die unterschiedlichen induzierten Mechanismen sauber voneinander zu trennen und den therapeutischen Nutzen von IL-1α im allergischen Asthma zu evaluieren.

Einfluss prebiotischer Oligosaccharide und probiotischer Bakterien auf den Phänotyp und die Funktion dendritischer Zellen

Neben der Therapie allergischer Erkrankungen, wie dem allergischen Asthma oder der atopischen Dermatitis, nehmen präventive Maßnahmen zur Vermeidung einer Sensibilisierung einen immer höheren Stellenwert ein. Hierbei scheint der Einsatz von Pre- und Probiotika vielversprechend zu sein. rnrnIm Rahmen dieser Dissertation wurde der Einfluss von Pre- und Probiotika auf den Phänotyp und die Funktion von DCs untersucht. Hierzu wurden unreife DCs aus Vorläuferzellen im Knochenmark von Mäusen differenziert (BM-DCs). Nach Behandlung der Kulturen während der Differenzierung der BM-DCs mit neutrale Humanmilch-analoge Oligosaccharide-enthaltenden Präparationen (NOS-Präparationen) konnte ein Einfluss auf die Zellen nachgewiesen werden; die NOS-Präparationen sind in der Lage, die durch LPS induzierte Ausreifung der BM-DCs zu supprimieren. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die primärstimulatorische Kapazität LPS-stimulierter BM-DCs, die in Anwesenheit von NOS-Präparationen differenziert wurden, sowohl für allogene als auch für syngene T-Zellen signifikant vermindert war. Die Charakterisierung dieser T-Zellen ergab zwar eine verstärkte Expression des für regulatorische T-Zellen charakteristischen Transkriptionsfaktors FoxP3, auf funktioneller Ebene konnte jedoch keine Induktion von regulatorischen T-Zellen beobachtet werden; allerdings wurde in diesen T-Zellen eine Anergie induziert. Der Befund, dass verschiedene NOS-Präparationen unterschiedliche Wirkungen auf die Differenzierung von BM-DCs aufweisen, muss weitergehend untersucht werden. rnrnWeiterhin wurden im Rahmen dieser Arbeit die Auswirkungen einer Kultivierung der BM-DCs mit den beiden probiotischen Bakterien Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) und Lactobacillus fermentum analysiert. Hier induzierte ein Kontakt unreifer BM-DCs mit den Bakterien eine Maturierung der Zellen. Das Potential zur Produktion von IL-10 konnte dabei nicht erhöht werden. Im Gegensatz dazu induzierte eine Supplementierung der Kulturen während der Differenzierungsphase der DCs konträre Effekte; die LGG-Gabe resultierte hier in einer unvollständigen Ausreifung der DCs nach LPS-Stimulus. Dies konnte auch auf funktioneller Ebene als stark vermindertes Potential zur T-Zellstimulation bestätigt werden. Inwieweit die Supplementierung mit LGG in tolerogenen DCs resultiert, welche Tregs induzieren können, muss weiter analysiert werden.

Suppression des allergischen Asthmas durch regulatorische T-Zellen: Mechanismen und potenzielle therapeutische Ansätze

Das allergische Asthma ist eine weit verbreitete, immunologische Erkrankung, deren Prävalenz in den vergangenen 20 Jahren vor allem in industrialisierten Regionen drastisch zugenommen hat. Trotz intensiver Forschung und Entwicklung medikamentöser Therapien steigt die Zahl der Patienten stetig an. Charakteristisch für diese Erkrankung sind entzündliche Veränderungen in der Lunge, erhöhte Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), Mukusproduktion und in chronischen Fällen auch Atemwegsobstruktion. Bei der Entstehung des allergischen Asthmas wird ein anfälliges Individuum durch die Inhalation eines normalerweise unschädlichen, in der Umwelt vorkommenden Antigens (Allergen) sensibilisiert, wodurch im Körper eine eigentlich unangebrachte Immunreaktion in Gang gesetzt wird. CD4+ T-Lymphozyten und ganz besonders die Subpopulationen der T-Helfer 1 (Th1) und Th2 Zellen spielen in dem Prozess eine zentrale Rolle. Obwohl ein Großteil der Asthmatiker mit einer Atemwegseosinophilie und erhöhter Expression der Th2-typischen Zytokine IL-4 und IL-13 ein Th2-typisches Krankheitsbild aufweisen, wurden weitere Asthmaphänotypen identifiziert. Vornehmlich in Patienten, die an schwerem Asthma leiden, sind dominierende Neutrophilie und erhöhte Mengen IFN-γ in den Atemwegen nachweisbar, was auf eine Th1-gesteuerte Immunreaktion hindeutet. Eine effektive, heilende Therapie des Asthmas wurde bislang nicht entwickelt. Die Inhibition der T-Zellantwort etwa durch Applikation allergenspezifischer, regulatorischer T-Zellen (Tregs) gilt als ein vielversprechender, aber nicht vollständig erforschter Ansatz zur Kontrolle der Krankheitssymptome. In diesem Zusammenhang wurden in der vorliegenden Arbeit die Mechanismen und Effekte natürlich vorkommender CD4+CD25+Foxp3+ regulatorischer T-Zellen (nTregs) auf eine Th1 bzw. Th2-induzierte allergische Atemwegserkrankung untersucht. Anhand eines adoptiven Zelltransfermodells unter Einsatz lymphozytendefizienter Rag2-/- Mäuse konnte gezeigt werden, dass sowohl Th1 als auch Th2 Zellen, kombiniert mit mehrfacher, inhalativer Allergenprovokation, eine erhöhte AHR induzieren. Während der Transfer allergenspezifischer Th2 Zellen eine Eosinophilie in der bronchoalveolären Lavage (BAL) und vermehrte Mukusproduktion in den Atemwegen hervorrief, war in Th1-transferierten Tieren zwar eine massive Infiltration neutrophiler Granulozyten zu beobachten, eine Becherzellmetaplasie mit vermehrten, mukusproduzierenden Atemwegsepithelzellen blieb allerdings aus. In vitro und in vivo waren voraktivierte nTregs (preTregs) nur eingeschränkt in der Lage, die Th2-gesteuerte Atemwegserkrankung zu inhibieren. Im Gegensatz dazu konnten die Th1-Effektorfunktionen in vitro und die Th1-induzierte AHR und Atemwegsentzündung in vivo durch preTregs effektiv gehemmt werden, was auf eine unterschiedliche Empfindlichkeit der Th-Subpopulationen weist. Innerhalb der nTreg-vermittelten Suppression wird der sekundäre Botenstoff cAMP auf die zu supprimierende Zelle übertragen und führt zur Hemmung von Proliferation und Zytokinproduktion. Dass dieser Mechanismus nicht nur in vitro, sondern auch in der Suppression der Th2-gesteuerten allergischen Atemwegserkrankung eine Rolle spielt, konnte durch die Störung des intrazellulären cAMP-Abbaus mittels PDE4-Inhibitoren verdeutlicht werden. Sowohl die prophylaktische, als auch die therapeutische Applikation der PDE4-Inhibitoren verstärkte den regulativen Effekt der nTregs auf AHR und Entzündung, korrelierend mit erhöhten, zytosolischen cAMP-Konzentrationen in den Th2 Zellen der Lunge. Trotz des Fortschritts in der Isolation und In vitro-Expansion humaner nTregs ist die Ausbeute an Zellen äußerst limitiert und die Übertragbarkeit größerer Zellmengen nicht zuletzt aufgrund von hohem Kontaminationsrisiko während mehrtägiger In vitro-Expansion fragwürdig. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass eine Behandlung mit dem PDE4-Inhibitor die suppressive Kapazität der allergenspezifischen nTregs deutlich erhöhte. Den nTreg-vermittelten Suppressionsmechanismus durch den Einsatz von Pharmazeutika zu unterstützen bietet einen viel versprechenden und realistischen Ansatz zur Therapie des allergischen Asthmas.

Evaluation zellulärer Mechanismen der allergen-spezifischen Immuntherapie in einem chronischen Modell der allergischen Atemwegsentzündung

Klinische Studien haben gezeigt, dass die allergenspezifische Immuntherapie (SIT) eine effektive Therapieoption für allergische Erkrankungen ist. Obwohl dieses Therapieverfahren seit über 100 Jahren existiert, sind die zugrunde liegenden Suppressionsmechanismen jedoch nicht vollständig verstanden. Bisher wird angenommen, dass der Behandlungserfolg der SIT auf einer Blockade durch allergenspezifische Antikörper, einer Verschiebung des Th1-Th2-Gleichgewichtes und/oder auf einer Suppression durch regulatorische T-Zellen (Tregs) basiert. Um die Effekte der SIT in einer chronischen Erkrankung in vivo untersuchen zu können, wurde in dieser Doktorarbeit ein Mausmodell für chronisches Asthma entwickelt, das die Situation im Menschen nach einer SIT nachahmt. rnDurch eine SIT war es möglich, allergeninduzierte Asthmasymptome wie Atemwegshyperreagibilität (AHR), Eosinophilie in der Lunge, IgE-Produktion und Atemwegsentzündung im Modell zu unterdrücken. Bemerkenswert ist, dass durch OVA-spezifische Immuntherapie (OVA-IT) ebenfalls eine Verringerung der strukturellen Veränderungen im Lungengewebe im chronischen Krankheitsverlauf erreicht wurde.rnDes Weiteren wurde in diesem Modell nach den Prozessen gesucht, die für die toleranzinduzierende Wirkung der SIT verantwortlich sein können. Dabei wurde im Vergleich zur Placebo-behandelten Gruppe eine erhöhte Antwort spezifischer IgG1-Antikörper, eine verstärkte Th1-Antwort, sowie eine erhöhte Frequenz von FoxP3+ Tregs und von IL-10-produzierenden T-Zellen (Tr1-Zellen) nach OVA-IT festge-stellt. Zur weiteren Untersuchung der von SIT-induzierten T-Zellantworten wurden Mausmodelle des allergischen Asthmas mit einem akuten Verlauf gewählt.rnDie Bedeutung der Th1-Zellen für die SIT wurde in T-bet-/- Mäusen untersucht, welche aufgrund des Fehlens des Transkriptionsfaktors T-bet keine stabile Th1-Antwort induzieren können. Durch SIT war es möglich, allergeninduzierte Asthmasymptome wie AHR, eosinophile Granulozyten in der Lunge, IgE-Produktion und Atemwegsentzündung in den T-bet-/- Tieren im gleichen Maße wie in den Wildtyptieren zu unterdrücken. Diese Untersuchung zeigte, dass die SIT auch ohne funktionelle Th1-Zellen die allergische Entzündung unterdrücken kann. rnDie Rolle der Tregs für die SIT wurde in DO11.10 Mäusen und DO11.10 RAG-/- Mäusen untersucht. In beiden Stämmen konnte nach SIT eine Induktion OVA-spezifischer Tregs nachgewiesen werden. In DO11.10 RAG-/- Mäusen können durch den Knockout im rag2-Gen keine natürlichen, d.h. im Thymus gereiften, Tregs entstehen. Im Blut von DO11.10 RAG-/- Mäusen war direkt nach Durchführung der OVA-IT eine FoxP3+ Treg-Population detektierbar. Demnach wird durch die OVA-IT eine de-novo-Induktion von FoxP3+ Tregs in Gang gesetzt. In Abwesenheit der natürlichen Tregs zeigte sich weiterhin, dass diese Zellen zur Produktion von IL-10 in T-Zellen und somit zum Erfolg der SIT beitragen.rnDie Rolle der FoxP3+ Tregs bei der SIT wurde in DEREG Mäusen untersucht. Eine Depletion der FoxP3+ Tregs in DEREG Mäusen während der Durchführung der OVA-IT hob die protektiven Effekte der Therapie jedoch nur teilweise auf. rnUm die Rolle des regulatorischen Zytokins IL-10 bei der SIT zu untersuchen, wurde ein blockierender Antikörper gegen den IL-10-Rezeptor (anti-IL-10R) im chronischen Modell des allergischen Asthmas mit SIT angewendet. Anti-IL-10R hob die protektive Wirkung der SIT auf die AHR, die Atemwegsentzündung und die strukturellen Veränderungen im Lungengewebe auf. Somit ist die protektive Wirkung der SIT abhängig vom IL-10-Signalweg.rnZusammenfassend stellt diese Arbeit die Bedeutung der SIT für allergische Erkrankungen heraus. SIT kann durch die positive Beeinflussung der allergiebedingten, strukturellen Veränderungen in der Lunge auch für Asthmapatienten große Vorteile bringen. Die aus Studien bekannten Mechanismen konnten im Modell bestätigt werden und wurden im weiteren Verlauf untersucht. Die Arbeit stellt im Besonderen die Bedeutung der IL-10-produzierenden und FoxP3+ Tregs für die Effektivität der SIT in den Vordergrund. Zudem ist durch die Etablierung eines neuen Mausmodells der SIT für chronisches allergisches Asthma ein Mittel zur weiteren Erforschung der zugrunde liegenden Prozesse dieser erfolgreichen Therapie geschaffen worden. rn

DARPins against a functional IgE epitope

The monoclonal anti-IgE antibody omalizumab (Xolair is mostly used for the treatment of severe allergic asthma. However, the requirement of high doses and suboptimal cost-effectiveness limits the use of the treatment. Here we propose to use a new drug format based on non-immunoglobulin structures, potentially offering increased clinical efficacy while being more cost-effective. For this purpose, DARPins (designed ankyrin repeat proteins) against the constant heavy chain region of IgE have been isolated. DARPins were binding to IgE with high specificity and affinities in the low nanomolar range. Selected DARPins antagonized the interaction between IgE and its high-affinity receptor in inhibition assays. Furthermore, anti-IgE DARPins were shown to inhibit proinflammatory mediator release from rat basophilic leukemia cells expressing human high-affinity IgE receptors with higher efficacy than the monoclonal anti-IgE antibody omalizumab. DARPins may thus represent promising future drug candidates for the treatment of allergy.

Accelerated disassembly of IgE-receptor complexes by a disruptive macromolecular inhibitor

IgE antibodies bind the high-affinity IgE Fc receptor (FcεRI), found primarily on mast cells and basophils, and trigger inflammatory cascades of the allergic response. Inhibitors of IgE-FcεRI binding have been identified and an anti-IgE therapeutic antibody (omalizumab) is used to treat severe allergic asthma. However, preformed IgE-FcεRI complexes that prime cells before allergen exposure dissociate extremely slowly and cannot be disrupted by strictly competitive inhibitors. IgE-Fc conformational flexibility indicated that inhibition could be mediated by allosteric or other non-classical mechanisms. Here we demonstrate that an engineered protein inhibitor, DARPin E2_79 (refs 9, 10, 11), acts through a non-classical inhibition mechanism, not only blocking IgE-FcεRI interactions, but actively stimulating the dissociation of preformed ligand-receptor complexes. The structure of the E2_79-IgE-Fc(3-4) complex predicts the presence of two non-equivalent E2_79 sites in the asymmetric IgE-FcεRI complex, with site 1 distant from the receptor and site 2 exhibiting partial steric overlap. Although the structure is indicative of an allosteric inhibition mechanism, mutational studies and quantitative kinetic modelling indicate that E2_79 acts through a facilitated dissociation mechanism at site 2 alone. These results demonstrate that high-affinity IgE-FcεRI complexes can be actively dissociated to block the allergic response and suggest that protein-protein complexes may be more generally amenable to active disruption by macromolecular inhibitors.

Co-activation of JAK/STAT and p38 MAPK pathways by type I interferon enhances apoptosis in human basophils

It has previously been published that interferon-α (type I IFN) improves clinical symptoms of asthma patients. Since human basophils are major inflammatory cells in maintaining chronic allergic asthma we investigate whether type I IFN affect human blood basophils. Furthermore, previous studies have shown that spontaneous apoptosis of human basophils is slow due to constitutive expression of anti-apoptotic BCL-2 family members. In addition, IL-3 exceptionally promotes survival of basophils by enhancing constitutive expression of BCL-2 family members and by inducing de-novo expression of Pim-1 kinase. Thus, we also assessed whether type I IFN might overcome IL-3-induced survival of human basophils. Our data show that type I IFN enhances apoptosis in purified human blood basophils compared to spontaneous apoptosis of controls or type II IFN treated cells. Furthermore, we demonstrate that both type I IFN and FasL enhance apoptosis in human basophils with similar efficiency in a rather additive than synergistic way. Analyses of signaling pathways reveal that type I IFN promote prolonged phosphorylation of STAT1/STAT2. By using a pan-JAK inhibitor the phosphorylation of STAT1/STAT2 is inhibited and most importantly the pro-apoptotic effect of type I IFN is abolished. On the other hand, type I IFN do not reduce IL-3-induced de novo expression of Pim-1 and BCL-2. This is in line with our observation that IL-3-induced survival is dominant over type I IFN-enhanced apoptosis. In addition, phosphorylation of p38 MAPK in type I IFN treated cells is comparable to non-treated cells. Particularly however, inhibition of this p-p38 activity abrogates apoptosis as well. We conclude that type I IFN-enhanced apoptosis is tightly regulated by the cooperation of JAK/STAT and p38 MAPK pathways. Our study identifies a so far unknown effect of type I IFN and may explain the improved clinical symptoms of asthma patients treated with type I IFN.

Interferon-α antagonizes IL-3-mediated immunoregulatory functions of human basophils

Human basophils are major inflammatory cells in maintaining chronic allergic asthma. It has been published that interferon-α (IFN-α) improves clinical symptoms of asthma patients. In contrast, IL-3 exacerbates airway inflammation by inducing IL-4, IL-8 and IL-13 secretion from human basophils thus regulating their immunoregulatory functions. Furthermore, IL-3 exceptionally promotes survival of basophils. Here, we assessed cellular response of human basophils treated with IFN-α alone or in combination with IL-3. Our data show that IFN-α enhances apoptosis in purified human blood basophils compared to spontaneous apoptosis of controls or IFN-γ treated cells. Furthermore, we demonstrate that both IFN-α and FasL enhance apoptosis in human basophils with similar efficiency in a rather additive than synergistic way. IFN-α inhibits IL-3-induced survival to a minor degree. Particularly however, it suppresses IL-3-induced de-novo production of IL-8 and IL-13 up to 80%. In contrast, the production of IL-4 is not affected. Analyses of signaling pathways reveal that IFN-α promotes prolonged phosphorylation of STAT1/STAT2. By using a pan-JAK inhibitor the phosphorylation of STAT1/STAT2 is inhibited and most importantly the pro-apoptotic effect of IFN-α is abolished. Although the phosphorylation of p38-MAPK in IFN-α-treated cells is comparable to non-treated cells, inhibition of p-p38 activity abrogates IFN-α-enhanced apoptosis as well. We conclude that IFN-α-enhanced apoptosis is tightly regulated by the cooperation of JAK/STAT and p38-MAPK pathways. Our study identifies IFN-α as a novel inhibitor of IL-3-induced IL-8 and IL-13 production of human basophils. Taken together our study may explain the improved clinical symptoms of asthma patients treated with IFN-α.

Modelos de regressão para identificação de marcadores preditivos de asma na descendência de mulheres com atopia

Trabalho de projecto de mestrado, Bioestatística, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Control of ion transport in mammalian airways by protease activated receptors type 2 (PAR-2)

Protease-activated receptors (PARs) are widely distributed in human airways. They couple to G-proteins and are activated after proteolytic cleavage of the N terminus of the receptor. Evidence is growing that PAR subtype 2 plays a pivotal role in inflammatory airway diseases, such as allergic asthma or bronchitis. However, nothing is known about the effects of PAR-2 on electrolyte transport in the native airways. PAR-2 is expressed in airway epithelial cells, where they are activated by mast cell tryptase, neutrophil proteinase 3, or trypsin. Recent studies produced conflicting results about the functional consequence of PAR-2 stimulation. Here we report that stimulation of PAR-2 receptors in mouse and human airways leads to a change in electrolyte transport and a shift from absorption to secretion. Although PAR-2 appears to be expressed on both sides of the epithelium, only basolateral stimulation results in inhibition of amiloride sensitive Na+ conductance and stimulation of both luminal Cl- channels and basolateral K+ channels. The present data indicate that these changes occur through activation of phospholipase C and increase in intracellular Ca2+, which activates basolateral SK4 K+ channels and luminal Ca2+-dependent Cl- channels. In addition, the present data suggest a PAR-2 mediated release of prostaglandin E2, which may contribute to the secretory response. In conclusion, these results provide further evidence for a role of PAR-2 in inflammatory airway disease: stimulation of these receptors may cause accumulation of airway surface liquid, which, however, may help to flush noxious stimuli away from the affected airways. ©2005 FASEB

Regulatory T and B cells in asthmatic women: variations from pregnancy to postpartum Treg and Breg: pregnancy to postpartum

BACKGROUND: Allergic asthma and rhinitis are common in pregnancy. The immune mechanisms underlying the effects of pregnancy in asthma and vice-versa are not completely understood. OBJECTIVES: This work aimed to study the evolution of regulatory T and B cells in asthmatic pregnant women, from late pregnancy till postpartum. METHODS: Four groups of women were enrolled for this study: third trimester pregnant women, asthmatic (n=24) and healthy (n=43), and non-pregnant women, asthmatic (n=33) and healthy (n=35). Pregnant women were also evaluated postpartum (>6 weeks after delivery). Blood samples were taken from each woman and flow cytometry was used to characterize circulating regulatory T and B cells. Foxp3 expression was assessed within CD4DimCD25Hi regulatory T cells. RESULTS: In asthmatic and healthy pregnant women, regulatory T cells did not oscillate significantly from pregnancy to postpartum, but CD24HiCD38Hi regulatory B cells, decreased in pregnancy, rose significantly postpartum. Foxp3 expression in regulatory T cells was also impaired during pregnancy in asthmatic and healthy pregnant women, recovering postpartum. Nevertheless, asthmatic pregnant women presented higher Foxp3 expression than healthy pregnant women (p=0.007), probably due to the use of control medication. CONCLUSIONS: Women with controlled asthma present variations in regulatory cell subsets during pregnancy and postpartum. The similar pattern observed for Foxp3 expression and CD24HiCD38Hi regulatory B cells during this period corroborates the interaction established between regulatory T and B cells in immune responses. Considering the immunomodulatory potential of these immune mediators, more studies are needed to evaluate their relation with asthma and rhinitis complications in pregnancy.

Applying statistical approaches in the dissection of genes versus environment for asthma and allergic disease

Now that some of the genes involved in asthma and allergy have been identified, interest is turning to how genetic predisposition interacts with exposure to environmental risk factors. These questions are best answered by studies in which both genotypes and other risk factors are measured, but even simpler studies, in which family history is used as a proxy for genotype, have made suggestive findings. For example, early breast feeding may increase the risk of allergic disease in genetically susceptible children, and decrease the risk of 'sporadic' allergy. This review also addresses the overall importance of genetic causes of allergic disease in the general population.