Insulin modulates cytokine release and selectin expression in the early phase of allergic airway inflammation in diabetic rats

Abstract Background Clinical and experimental data suggest that the inflammatory response is impaired in diabetics and can be modulated by insulin. The present study was undertaken to investigate the role of insulin on the early phase of allergic airway inflammation. Methods Diabetic male Wistar rats (alloxan, 42 mg/Kg, i.v., 10 days) and controls were sensitized by s.c. injection of ovalbumin (OA) in aluminium hydroxide 14 days before OA (1 mg/0.4 mL) or saline intratracheal challenge. The following analyses were performed 6 hours thereafter: a) quantification of interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor (TNF)-α and cytokine-induced neutrophil chemoattractant (CINC)-1 in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) by Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, b) expression of E- and P- selectins on lung vessels by immunohistochemistry, and c) inflammatory cell infiltration into the airways and lung parenchyma. NPH insulin (4 IU, s.c.) was given i.v. 2 hours before antigen challenge. Results Diabetic rats exhibited significant reduction in the BALF concentrations of IL-1β (30%) and TNF-α (45%), and in the lung expression of P-selectin (30%) compared to non-diabetic animals. This was accompanied by reduced number of neutrophils into the airways and around bronchi and blood vessels. There were no differences in the CINC-1 levels in BALF, and E-selectin expression. Treatment of diabetic rats with NPH insulin, 2 hours before antigen challenge, restored the reduced levels of IL-1β, TNF-α and P-selectin, and neutrophil migration. Conclusion Data presented suggest that insulin modulates the production/release of TNF-α and IL-1β, the expression of P- and E-selectin, and the associated neutrophil migration into the lungs during the early phase of the allergic inflammatory reaction.

Protein secretion in Lactococcus lactis : an efficient way to increase the overall heterologous protein production

Anderson MIYOSHI, Daniela FREITAS, Luciana RIBEIRO, Jane E. GABRIEL, Sophie LECLERCQ, Maricê N. OLIVEIRA, and Valeria D. GUIMARÃES were recipients of a CAPES fellowship (project CAPESCOFECUB #319II). Luis BERMUDEZ and Sébastien NOUAILLE were recipients of a fellowship from the French Ministry of Education and Research. INRA and Région IledeFrance also financed L. BERMUDEZ and V. GUIMARAES. Cathy CHARLIER is recipient of a fellowship from INRA and Région Bretagne.

Activation profile of CXCL8-stimulated neutrophils and aging

Neutrophils are pivotal effector cells of innate immunity representing the first line of defense against aggression. They are the first cells to arrive at the site of the aggression, where they can directly eliminate the invading microorganisms. Their activation and recruitment into peripheral tissues is indispensable for host defense. With aging, there are alterations of the receptor by driven functions of human neutrophils as a decrease in the functional changes in signaling elicited by specific receptors, as CXCR1. We investigated the activation of neutrophils from elderly after the cells were cultivated with CXCL8. Although, CXCL8 induced elastase (ELA) secretion, data showed neither myeloperoxidase (MPO) activity nor production of IL-6, IL-10, GM-CSF by neutrophils from elderly compared with young individuals. On the other hand, in the presence of only LPS or LPS associated with CXCL8 neutrophils from elderly individuals, there were significant levels of IL-6, IL-10, GM-CSF but not MPO. These results indicate that neutrophils from elderly do not respond to CXCL8 stimulus, but they are activated by LPS to produce cytokines. However, MPO activity from elderly individuals was not different in the presence or absence of LPS and CXCL8

Changes in prolactin secretion in the short- and long-term after adrenalectomy

OBJECTIVE: To evaluate the modulation of the hypothalamus-pituitary-adrenal axis (HPA) on prolactin secretion in rats after adrenalectomy (ADX). MATERIALS AND METHODS: Plasma corticosterone, ACTH, and prolactin concentrations were measured by radioimmunoassay in rats after bilateral ADX in the short- (3 hours and 1day) and long-term (3, 7, and 14 days). RESULTS: Animals that underwent ADX showed undetectable corticosterone levels and a triphasic ACTH response with a transient increase (3h), a decrease (1d), and further increase in the long-term after ADX. Sham animals showed a marked increase in corticosterone and ACTH levels three hours after surgery, with a decrease to basal levels thereafter. Plasma prolactin levels were not changed after ADX. CONCLUSION: There are different points of equilibrium in the HPA axis after the glucocorticoid negative feedback is removed. Prolactin plasma secretion is not altered in the short or long- term after ADX, suggesting that the peptidergic neurons essential for prolactin release are not activated after ADX.

Antifungal activity of lectins against yeast of vaginal secretion

Lectins are carbohydrate-binding proteins of non-imune origin. This group of proteins is distributed widely in nature and they have been found in viruses, microorganisms, plants and animals. Lectins of plants have been isolated and characterized according to their chemical, physical-chemical, structural and biological properties. Among their biological activities, we can stress its fungicidal action. It has been previously described the effect of the lectins Dviol, DRL, ConBr and LSL obtained from the seeds of leguminous plants on the growth of yeasts isolated from vaginal secretions. In the present work the experiments were carried out in microtiter plates and the results interpreted by both methods: visual observations and a microplate reader at 530nm. The lectin concentrations varied from 0.5 to 256µg/mL, and the inoculum was established between 65-70% of trammitance. All yeast samples isolated from vaginal secretion were evaluated taxonomically, where were observed macroscopic and microscopic characteristics to each species. The LSL lectin did not demonstrate any antifungal activity to any isolate studied. The other lectins DRL, ConBr and DvioL, showed antifungal potential against yeast isolated from vaginal secretion. These findings offering offer a promising field of investigation to develop new therapeutic strategies against vaginal yeast infections, collaborating to improve women's health.

The unconventional secretion of stress-inducible protein 1 by a heterogeneous population of extracellular vesicles

The co-chaperone stress-inducible protein 1 (STI1) is released by astrocytes, and has important neurotrophic properties upon binding to prion protein (PrPC). However, STI1 lacks a signal peptide and pharmacological approaches pointed that it does not follow a classical secretion mechanism. Ultracentrifugation, size exclusion chromatography, electron microscopy, vesicle labeling, and particle tracking analysis were used to identify three major types of extracellular vesicles (EVs) released from astrocytes with sizes ranging from 20–50, 100–200, and 300–400 nm. These EVs carry STI1 and present many exosomal markers, even though only a subpopulation had the typical exosomal morphology. The only protein, from those evaluated here, present exclusively in vesicles that have exosomal morphology was PrPC. STI1 partially co-localized with Rab5 and Rab7 in endosomal compartments, and a dominant-negative for vacuolar protein sorting 4A (VPS4A), required for formation of multivesicular bodies (MVBs), impaired EV and STI1 release. Flow cytometry and PK digestion demonstrated that STI1 localized to the outer leaflet of EVs, and its association with EVs greatly increased STI1 activity upon PrPC-dependent neuronal signaling. These results indicate that astrocytes secrete a diverse population of EVs derived from MVBs that contain STI1 and suggest that the interaction between EVs and neuronal surface components enhances STI1–PrPC signaling

Ovariectomized OVA-sensitized mice display increased frequency of CD4+Foxp3+ T regulatory cells in the periphery

It is well established that female sex hormones have a pivotal role in inflammation. For instance, our group has previously reported that estradiol has proinflammatory actions during allergic lung response in animal models. Based on these findings, we have decided to further investigate whether T regulatory cells are affected by female sex hormones absence after ovariectomy. We evaluated by flow cytometry the frequencies of CD4+Foxp3+ T regulatory cells (Tregs) in central and peripheral lymphoid organs, such as the thymus, spleen and lymph nodes. Moreover, we have also used the murine model of allergic lung inflammation a to evaluate how female sex hormones would affect the immune response in vivo. To address that, ovariectomized or sham operated female Balb/c mice were sensitized or not with ovalbumin 7 and 14 days later and subsequently challenged twice by aerosolized ovalbumin on day 21. Besides the frequency of CD4+Foxp3+ T regulatory cells, we also measured the cytokines IL-4, IL-5, IL-10, IL-13 and IL-17 in the bronchoalveolar lavage from lungs of ovalbumine challenged groups. Our results demonstrate that the absence of female sex hormones after ovariectomy is able to increase the frequency of Tregs in the periphery. As we did not observe differences in the thymus-derived natural occurring Tregs, our data may indicate expansion or conversion of peripheral adaptive Tregs. In accordance with Treg suppressive activity, ovariectomized and ovalbumine-sensitized and challenged animals had significantly reduced lung inflammation. This was observed after cytokine analysis of lung explants showing significant reduction of pro-inflammatory cytokines, such as IL-4, IL-5, IL-13 and IL-17, associated to increased amount of IL-10. In summary, our data clearly demonstrates that OVA sensitization 7 days after ovariectomy culminates in reduced lung inflammation, which may be directly correlated with the expansion of Tregs in the periphery and further higher IL-10 secretion in the lungs.

Differential inflammasome expression and IL-1β secretion in monocyte-derived dendritic cells differentiated with IL-4 or IFN-α

NLRP3-inflammasome activation was evaluated in monocyte-derived dendritic cells (DC) obtained through IL-4 (IL4-DC) or IFN-α (IFN-DC) protocols and pulsed with chemically inactivated HIV-1. Inflammasome' genes expression and IL-1β secretion were compared in DC isolated from 15 healthy subjects (HC) and 10 HIV-1 infected individuals (HIV+). FINDINGS: Whether HIV was able to increased NLRP3-inflammasome genes expression and IL-1β secretion in IL4-DC from HC, the induction of inflammasome appeared significantly reduced in IFN-DC from HC, suggesting a different responsive state of IFN-DC compared to IL4-DC. No inflammasome activation was observed in IL4-DC as well as in IFN-DC derived from HIV + subjects, confirming previous findings on "unresponsive" state of DC derived from HIV + possibly due to chronic inflammatory state of these individuals. CONCLUSIONS: Our results showed that IFN-α differently modulates inflammasome expression during monocytes-DC in vitro differentiation. These findings could be of interest considering the on-going research about DC manipulation and therapeutic strategies for HIV + involving DC-based immune-vaccines.

The cytolethal distending toxin of Aggregatibacter actinomycetemcomitans inhibits macrophage phagocytosis and subverts cytokine production

Aggregatibacter actinomycetemcomitans is an important periodontal pathogen that can participate in periodontitis and other non-oral infections. The cytolethal distending toxin (Cdt) is among the virulence factors produced by this bacterium. The Cdt is also secreted by several mucosa-associated Gram-negative pathogens and may play a role in perpetuating the infection by modulating the immune response. Although the toxin targets a wide range of eukaryotic cell types little is known about its activity on macrophages which play a key part in alerting the rest of the immune system to the presence of pathogens and their virulence factors. In view of this, we tested the hypothesis that the A. actinomycetemcomitans Cdt (AaCdt) disrupts macrophage function by inhibiting phagocytic activity as well as affecting the production of cytokines. Murine macrophages were co-cultured with either wild-type A. actinomycetemcomitans or a Cdt(-) mutant. Viable counts and qPCR showed that phagocytosis of the wild-type strain was significantly reduced relative to that of the Cdt(-) mutant. Addition of recombinant Aa(r)Cdt to co-cultures along with the Cdt(-) mutant diminished the phagocytic activity similar to that observed with the wild type strain. High concentrations of Aa(r)Cdt resulted in decreased phagocytosis of fluorescent bioparticles. Nitric oxide production was modulated by the presence of Cdt and the levels of IL-1β, IL-12 and IL-10 were increased. Production of TNF-α did not differ in the co-culture assays but was increased by the presence of Aa(r)Cdt. These data suggest that the Cdt may modulate macrophage function in A. actinomycetemcomitans infected sites by impairing phagocytosis and modifying the pro-inflammatory/anti-inflammatory cytokine balance.

Studies on Estradiol, growth hormone, and suppressors of cytokine signalling-2, and the influence in liver metabolism

Programa de doctorado: Clínica Veterinaria e Investigación Terapéutica

Role of BDNF secretion and signaling in the activity-dependent refinement of synaptic connections

Neuronal networks exhibit diverse types of plasticity, including the activity-dependent regulation of synaptic functions and refinement of synaptic connections. In addition, continuous generation of new neurons in the “adult” brain (adult neurogenesis) represents a powerful form of structural plasticity establishing new connections and possibly implementing pre-existing neuronal circuits (Kempermann et al, 2000; Ming and Song, 2005). Neurotrophins, a family of neuronal growth factors, are crucially involved in the modulation of activity-dependent neuronal plasticity. The first evidence for the physiological importance of this role evolved from the observations that the local administration of neurotrophins has dramatic effects on the activity-dependent refinement of synaptic connections in the visual cortex (McAllister et al, 1999; Berardi et al, 2000; Thoenen, 1995). Moreover, the local availability of critical amounts of neurotrophins appears to be relevant for the ability of hippocampal neurons to undergo long-term potentiation (LTP) of the synaptic transmission (Lu, 2004; Aicardi et al, 2004). To achieve a comprehensive understanding of the modulatory role of neurotrophins in integrated neuronal systems, informations on the mechanisms about local neurotrophins synthesis and secretion as well as ditribution of their cognate receptors are of crucial importance. In the first part of this doctoral thesis I have used electrophysiological approaches and real-time imaging tecniques to investigate additional features about the regulation of neurotrophins secretion, namely the capability of the neurotrophin brain-derived neurotrophic factor (BDNF) to undergo synaptic recycling. In cortical and hippocampal slices as well as in dissociated cell cultures, neuronal activity rapidly enhances the neuronal expression and secretion of BDNF which is subsequently taken up by neurons themselves but also by perineuronal astrocytes, through the selective activation of BDNF receptors. Moreover, internalized BDNF becomes part of the releasable source of the neurotrophin, which is promptly recruited for activity-dependent recycling. Thus, we described for the first time that neurons and astrocytes contain an endocytic compartment competent for BDNF recycling, suggesting a specialized form of bidirectional communication between neurons and glia. The mechanism of BDNF recycling is reminiscent of that for neurotransmitters and identifies BDNF as a new modulator implicated in neuro- and glio-transmission. In the second part of this doctoral thesis I addressed the role of BDNF signaling in adult hippocampal neurogenesis. I have generated a transgenic mouse model to specifically investigate the influence of BDNF signaling on the generation, differentiation, survival and connectivity of newborn neurons into the adult hippocampal network. I demonstrated that the survival of newborn neurons critically depends on the activation of the BDNF receptor TrkB. The TrkB-dependent decision regarding life or death in these newborn neurons takes place right at the transition point of their morphological and functional maturation Before newborn neurons start to die, they exhibit a drastic reduction in dendritic complexity and spine density compared to wild-type newborn neurons, indicating that this receptor is required for the connectivity of newborn neurons. Both the failure to become integrated and subsequent dying lead to impaired LTP. Finally, mice lacking a functional TrkB in the restricted population of newborn neurons show behavioral deficits, namely increased anxiety-like behavior. These data suggest that the integration and establishment of proper connections by newly generated neurons into the pre-existing network are relevant features for regulating the emotional state of the animal.

Molekulare Reaktionsmuster in dendritischen Zellen nach Allergenexposition

Allergische Erkrankungen, wie zum Beispiel die allergische Rhinitis oder das allergische Asthma haben im Verlauf der letzten vier Jahrzehnte stark zugenommen. So leidet heute jeder vierte bis fünfte Mensch an einer Allergie. Ausgelöst wird diese IgE-vermittelte Hypersensibilitätsreaktion des Typs I (Allergie vom Soforttyp) von Allergenen und beruht auf der Aktivierung von Mastzellen durch die Interaktion eines Antigens mit dem an eine Mastzelle über die Fc-Rezeptoren gebundenen IgE-Moleküls. Die degranulierende Mastzelle sezerniert Mediatoren, was zu einem Auftreten von allergischen Symptomen führt. Die Bildung von IgE wird durch das von TH2-Zellen produzierte Zytokin IL-4 induziert. Das von TH1-Zellen produzierte Zytokin IFN- ist in der Lage die Sekretion von IL-4 zu inhibieren, wie auch IL-4 hemmend auf die Produktion von IFN- wirkt. Dieses TH1-/ TH2-Gleichgewicht ist bei allergischen Erkrankungen in Richtung TH2 verschoben. Allergene werden von antigenpräsentierenden Zellen aufgenommen, prozessiert und auf der Zelloberfläche präsentiert. Die potentesten antigenpräsentierenden Zellen sind die dendritischen Zellen, die nach Kontakt mit einem Allergen in die benachbarten Lymphknoten wandern, ausreifen und kostimulatorische Moleküle exprimieren. Sie sind so in der Lage T-Zellen zu aktivieren und entweder in TH1- oder in TH2-Zellen differenzieren zu lassen. Die zytokinabhängige TH1- beziehungsweise TH2-Differenzierung führt zur Aktivierung der Januskinasen. Im aktiven Zustand phosphorylieren sie STAT-Moleküle, die dimerisieren und in den Zellkern translozieren, wo sie unter anderem als Transkriptionsfaktoren für Zytokingene dienen. Unreife humane dendritische Zellen von Allergikern zeigen nach Stimulation mit Proteinallergenen eine schnelle Phosphorylierung des mit der TH2-Entwicklung assoziierten STAT6. Dahingegen sind TH1-Antwort hervorrufende Kontaktallergene nicht in der Lage STAT6 oder andere STAT-Moleküle in dendritischen Zellen zu induzieren. Die Transkriptionsfaktoren T-bet und GATA3 sind ebenfalls von Bedeutung für die TH1-/TH2-Entwicklung, da T-bet ausschließlich in TH1-Zellen, GATA3 nur in TH2-Zellen exprimiert wird. Die Regulation des JAK/STAT-Weg unterliegt den Molekülen der intrazellulär vorkommenden Familie der SOCS-Proteine. SOCS3 ist in TH2-Zellen höher exprimiert als SOCS1, wohingegen SOCS1 in TH1-Zellen eine erhöhte Expression gegenüber SOCS3 aufweist. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Proteinallergenen auf humane dendritische Zellen untersucht. Zunächst konnte eine morphologische Veränderung der unreifen dendritischen Zellen nach Kontakt mit dem Allergenextrakt beobachtet werden. Die beginnende Ausreifung der Zellen konnte mittels Durchflußzytometrie anhand der kostimulatorischen Moleküle CD80 und CD86, insbesondere aber über den Marker für reife dendritische Zellen CD83, nachgewiesen werden. Die zu beobachtende beginnende Ausreifung scheint ein Effekt des bakteriellen Lipopolysaccharids (LPS) zu sein, das in dem Allergenextrakt vorkommt, da sich durch Zugabe des kationischen Antibiotikums Polymyxin B die beginnende Reifung verhindern ließ. Auf RNA-Ebene war es im Rahmen dieser Arbeit möglich, den Einfluss verschiedener Allergene auf unreifen humanen dendritischen Zellen näher zu charakterisieren. So weisen unreife humane dendritische Zellen nach Kontakt mit Proteinallergenextrakt ein TH2-assoziiertes Genexpressionprofil auf, was sich durch eine erhöhte relative Expression der Gene SOCS3 und GATA3 auszeichnet. Im Gegensatz hierzu zeigen unreife humane dendritische Zellen nach Inkubation mit dem Kontaktallergen MCI/MI eine erhöhte relative Expression des Gens T-bet, was mit einer TH1-Antwort assoziiert ist. Nach Zugabe des „TH1-/ TH2-neutralen“ Tetanustoxoids konnten erhöhte relative Expressionen der Gene GATA3, T-bet und SOCS3 gemessen werden. Die Ergebnisse in dem in dieser Arbeit benutzten humanen in vitro System geben Anlass zur Hypothese, dass die Art der Immunantwort (TH1 versus TH2) sich bereits auf Ebene der dendritischen Zellen anbahnt. GeneChip-Analysen mittels High Density Micro Arrays von unreifen humanen dendritischen Zellen, die entweder mit Proteinallergenextrakt oder mit LPS in Berührung kamen, zeigten statistisch signifikant regulierte Gene, die allerdings keine Gemeinsamkeiten aufwiesen. Es konnten für die mit Alllergenextrakt gepulsten dendritischen Zellen insgesamt 10 Gene identifiziert werden, jedoch gelang es nicht, diese näher zu deuten oder in einen Zusammenhang mit der allergischen Erkrankung oder der dendritischen Zelle zu bringen. Für die mit LPS, dem stärkeren Stimulus, gepulsten dendritischen Zellen konnten 40 Gene identifiziert werden, die unter anderem für die Maturierung der dendritischen Zelle verantwortlich sind. Zudem war es möglich, die Daten der Arrays auf Proteinebene exemplarisch anhand des Chemokins CXCL2 (Gro-β) zu verifizieren.

The role of EBI-3 in a murine model of lung metastases of melanoma

In dieser Arbeit wurde die Rolle des Epstein-Barr Virus induzierten Gens 3 in einem Mausmodel des durch B16-F10 Zellen hervorgerufenen metastasierenden Melanoms untersucht. Das von aktivierten antigenpräsentierenden Zellen exprimierte EBI-3 gehört zur Familie der löslichen Typ 1 Zytokinrezeptoren, weist eine hohe Homologie zur p40 Untereinheit des IL-12 auf und bildet zusammen mit p28 das IL-27. Die intravenöse Injektion der B16-F10 Zelllinie führte zu einer signifikanten Erniedrigung der Tumormetastasen in den EBI-3 defizienten Lungen sowie zu einer höheren Lebenserwartung dieser Mäuse im Vergleich zu den B6 Wildtypen. Darüber hinaus habe ich in den EBI-3 defizienten Mäusen eine verminderte VCAM-1 Expression auf den Endothelzellen der Lunge gefunden während Änderungen in der VEGF Expression nicht detektiert wurden. Der immunologische Hintergrund, der diesen therapeutischen Effekt hervorrief, konnte durch die T-Zellaktivierung durch die kürzlich neu beschriebene DC Population, welche Interferon-produzierende Killer Dendritische Zellen genannt werden (IK-DC), die zusätzlich von aktivierten und maturierten klassischen DCs unterstützt wurden, erklärt werden. IK-DCs von EBI-3 defizienten Mäusen produzierten höhere Mengen an IFN-g während die klassischen DCs MHC und co-stimulatorische Moleküle exprimierten, welche die Sekretion von IL-12 initiierten. Das Zusammenspiel der genannten Faktoren induzierte eine verstärkte CD4 und CD8 T-Zellantwort in den Lungen dieser Mäuse. Dies wiederum resultierte im TNF- und TRAIL abhängigen programmierten Zelltod der B16-F10 Melanomzellen in den Lungen der EBI-3 defizienten Mäuse, wohingegen sowohl weitere anti-apoptotische Mechanismen als auch T regulatorische Zellen keinen Einfluss auf die in den EBI-3 defizienten Mäusen beobachtete Tumorabwehr zu spielen scheint. Schlussendlich konnten EBI-3 defiziente CD8+ T-Zellen, welche zuvor mit Tumorantigen geprimed wurden, adoptiv in B6 Wildtypmäuse transferiert werden, was zeigte, dass diese Zellen in der Lage sind, die Tumormasse in den Empfängermäusen signifikant zu verringern. Zusammengefasst, demonstrieren diese Daten, dass das Blockieren von EBI-3 im metastasierenden Melanom ein vielversprechender Angriffspunkt in der Tumortherapie darstellt.

Wirkmechanismen der trifunktionalen Antikörper catumaxomab und ertumaxomab in humanen Tumorsphäroid-Kokulturen

Ein neuer Ansatz der immunologischen Krebstherapie ist die Verwendung der bispezifischen, trifunktionalen Antikörper catumaxomab (anti-EpCAM x anti-CD3) und ertumaxomab (anti-Her2/neu x anti-CD3). Die Bispezifität besteht in der Bindung eines Tumor-assoziierten Antigens (EpCAM bzw. Her2/neu) und des CD3 Moleküls auf der Oberfläche von T-Zellen. Darüber hinaus stellt die Interaktion des Fc-Teils mit FcγRI/IIa/III positiven akzessorischen Immunzellen die dritte Funktion der Antikörper dar. Diese einzigartige Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes. In klinischen Studien konnte bereits die Wirksamkeit beider Antikörper nachgewiesen werden. Die eigentlichen Wirkmechanismen der trifunktionalen Antikörper jedoch sind noch nicht ausreichend bekannt. Um die Wechselwirkung zwischen den stark EpCAM- und schwach Her2/neu-positive FaDu- sowie den stabil mit humanem Her2/neu transfizierten FaDu E593-Tumorzellen, peripheren Blutmonozyten (PBMC) und trifunktionalen Antikörpern systematisch zu untersuchen wurde ein 3D-Tumormodell, die so genannten multizellulären Tumorsphäroide (MCTS), angewandt. Als Endpunkte zur Beurteilung der Therapieeffizienz dienten das Volumenwachstum der Sphäroide, sowie die Klonogenität und die Zellvitalität. Zur Beurteilung der PBMC-Penetration in die Sphäroide erfolgten immunhistochemische Färbungen und molekularbiologische Nachweise der Abwehrzellantigene. Entsprechend wurden in den Sphäroiden die Proliferationsrate über eine Ki67-Färbung sowie die Apoptoserate über eine FragEL-Markierung identifiziert. Die Aktivität der PBMC wurde durch die Bestimmung ausgewählter Zytokine (ELISA) und der Zellzahl aus den Medienüberständen charakterisiert. Die an den FaDu- und E593-Sphäroiden erzielten Ergebnisse zeigten, dass catumaxomab und ertumaxomab eine konzentrations- und zeitabhängige Abnahme des Sphäroidvolumens bewirkten. Die Schrumpfung der Tumorsphäroide ging mit einer Reduktion des proliferativen und mit einer Steigerung des apoptotischen Tumorzellanteils einher. Die histologischen Befunde weisen darauf hin, dass die Volumenreduktion durch eine gesteigerte Anzahl infiltrierender Leukozyten bedingt ist. Auf verschiedenen Methoden basierende Analysen der Immunzellsubtypen zeigten eine dominierende Infiltration von zytotoxischen T-Zellen in die Tumorsphäroide. Der Aktivitätsnachweis der T-Zellen wurde über die Detektion der IL-2 mRNA und des sekretierten Zytokins erbracht. Einen zusätzlichen Hinweis auf eine zelluläre Immunantwort liefert das Zytokinmuster mit hohen Konzentrationen an IFN-γ. Der direkte Vergleich beider Antikörper zeigte, dass der anti-tumorale Effekt abhängig von der Antigenexpression auf den Tumorzellen war. Die Analyse von Medienüberständen wies auf eine mehrheitlich höhere Zytokinausschüttung in Gegenwart des Tumorantigens hin. Sphäroid-Kokulturen, die mit dem parentalen anti-EpCAM Antikörper behandelt wurden, zeigten keine Volumenreduktion. Im Gegensatz dazu führte der parentale CD3-Antikörper, das CD3- und Tumorzell-bindende catumaxomab F(ab')2 Fragment oder eine Kombination beider parentaler Antikörper zu einer anti-tumoralen Wirkung, die jedoch nicht so stark war wie die des trifunktionalen Antikörpers catumaxomab. Demnach ist für catumaxomab gezeigt, dass für die Effektivität des Antikörpers die Trifunktionalität unabdingbar ist. Daraus leitet sich ab, dass die Aktivierung der Abwehrzellen durch kostimulatorische Signale notwendig ist und über die Tumorantigenbindung Mechanismen wie ADCC (antibody-dependent cellular cytotoxicity) zum Tragen kommen. Die Experimente mit gleichzeitiger Gabe von trifunktionalen Antikörpern und Immunsuppressiva haben gezeigt, dass eine Kombination beider Agenzien möglich ist. Die Konzentrationen sind jedoch sorgfältig derart zu wählen, dass die Zytokinausschüttung und die damit verbundenen Nebenwirkungen reduziert sind, ohne dass die anti-tumorale Wirkung der Antikörper maßgeblich beeinflusst wird. T-Zellen bedienen sich nach Aktivierung für die rasche Proliferation einer gesteigerten aeroben Glykolyse. Unter Behandlung der Kokulturen mit catumaxomab konnte im Vergleich zu anderen immunstimulatorischen Agenzien die größte Steigerung der Laktatproduktion bzw. der Azidifizierungs- und Sauerstoffverbrauchsrate detektiert werden. Diese Effekte weisen auf eine metabolische Aktivierung der PBMC durch catumaxomab hin. Das von den Tumorzellen abgegebene Laktat kann die Immunzellen jedoch inhibieren. Daher wäre die Kombination mit Glykolyseinhibitoren ein möglicher Ansatz, um die Therapieeffizienz weiter zu steigern. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Komedikation der trifunktionalen Antikörper mit Chemotherapeutika zu einer gesteigerter Wirkung führte. Insgesamt liegt die Zukunft der Immuntherapien wohl in der Kombination mit anderen Wirkstoffklassen, die anti-tumorale Effekte verstärken oder immunsupprimierende Mechanismen inhibieren.

Mechanismen zur Suppression der experimentellen akuten Graft-versus-Host-Disease

Die Transplantation von allogenen hämatopoetischen Stammzellen stellt für viele Patienten mit hämatologischen Erkrankungen, wie beispielsweise akuter Leukämie, oftmals die einzige kurative Therapieoption dar. Die Erkennung von Empfängerantigenen durch immunkompetente Zellen des Spenders bietet dabei die Basis für erwünschte Graft-versus-Tumor-Effekte, verursacht jedoch häufig außerdem die unerwünschte Graft-versus-Host Disease (GvHD), eine mitunter schwerwiegende Komplikation. In der vorliegenden Arbeit wurden potentielle Mechanismen zur Hemmung alloreaktiver CD4+ und CD8+ T-Zellen (TZ) und folglich zur Hemmung der akuten GvHD in einem experimentellen GvHD-Modell untersucht, welches auf dem Transfer von allogenen Zellen zwischen MHC-inkompatiblen Mausstämmen basiert. Die vorliegende Arbeit weist zum Einen darauf hin, dass das Fehlen MyD88- und TRIF-vermittelter Toll-like-Rezeptor-Signale zumindest im Rahmen des hier verwendeten Transplantationsmodells nicht zwingend zu einer Hemmung der akuten GvHD führt. Zum Anderen konnte belegt werden, dass CD4+ CD25+ regulatorische T-Zellen (Tregs) kompetente Suppressoren der durch alloreaktive CD4+ und CD8+ TZ ausgelösten akuten GvHD darstellen. In weiterführenden Experimenten ist gezeigt worden, dass die Tregs sich verschiedener Mechanismen bedienen, um ihre Zielzellen zu inhibieren. Das suppressive Zytokin Interleukin-10 kann als löslicher Mediator zumindest in vitro offenbar eine Rolle bei der Treg-vermittelten Suppression alloreaktiver TZ spielen. Da jedoch auch Tregs aus Interleukin-10-defizienten Spendern die GvHD-Entstehung in den Empfängern abschwächen konnten, müssen noch weitere Mechanismen involviert sein. Es konnte in einer gemischten Leukozyten Reaktion in vitro eine zellkontaktabhängige Kommunikation mittels gap junctions hauptsächlich zwischen den Tregs und den allogenen Dendritischen Zellen (DCs) nachgewiesen werden, welche prinzipiell den Transfer von cAMP möglich macht. Die Kommunikation zwischen Tregs und DCs resultierte in einem supprimierten Phänotyp der DCs, gekennzeichnet durch eine verminderte Expression kostimulatorischer Moleküle auf ihrer Oberfläche. Solche supprimierten DCs können als Folge die alloreaktiven Spender-TZ vermutlich nicht aktivieren. Das cAMP-erhöhende Rolipram konnte in einer gemischten Leukozyten Reaktion in vitro die Proliferation alloreaktiver CD4+ und CD8+ TZ hemmen. Daneben konnte die Treg-vermittelte Suppression alloreaktiver TZ und der GvHD in vivo durch die zusätzliche Verabreichung von Rolipram noch gesteigert werden. Im letzten Kapitel dieser Arbeit wurde beschrieben, dass die alleinige Aktivierung alloreaktiver CD8+ TZ ausreichend ist, um eine akute GvHD auszulösen. In diesem Zusammenhang konnte nachgewiesen werden, dass CD4+ CD25+ Tregs die akute GvHD auch in einer scheinbar MHC-II-unabhängigen Weise hemmen können. Zusammenfassend belegt die vorliegende Arbeit, dass Tregs in einem MHC-inkompatiblen Transplantationsmodell alloreaktive CD4+ und CD8+ TZ und folglich die Entstehung einer GvHD effizient hemmen können. Bei der Hemmung der GvHD kommen wahrscheinlich verschiedene Mechanismen zum Tragen. Zumindest in vivo scheint von Tregs produziertes Interleukin-10 eine untergeordnete Rolle bei der Suppression alloreaktiver TZ und der GvHD zu spielen, hierbei steht vermutlich vielmehr der cAMP-abhängige Suppressionsmechanismus im Vordergrund.