Hepatische Überexpression des Interleukin-18 in transgenen Mäusen und dessen biologische und immunologische Funktion

In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von Interleukin-18 (IL-18) in der Leber untersucht. IL-18 wurde eine Bedeutung bei verschiedenen Lebererkrankungen zugeschrieben, die genauen Mechanismen sind jedoch nicht geklärt. IL-18 kann ein wesentlicher Faktor bei der Regulierung des Th1/Th2-Gleichgewichts in der Leber sein. Es wurden transgene Mäuse mit konstitutiver Überexpression der inaktiven Form von IL-18 (proIL-18) sowie transgene Mäuse mit Expression der aktiven Form von IL-18 ohne Signalpeptid (FLAG-IL-18) und mit Signalpeptid (SP-IL-18) in Hepatozyten unter der transkriptionellen Kontrolle des murinen Albumin-Promoters etabliert. In eigenen Vorarbeiten wurde eine konstitutive Expression von proIL-18 in Wildtyp-Hepatozyten festgestellt. Bei der Überexpression von proIL-18 in Hepatozyten zeigte sich eine Akkumulierung des Proteins in der Zelle und eine spontane entzündliche und fibrotische Aktivität in der Leber. Die Expression der aktiven Form von IL-18 ohne Signalpeptid (FLAG-IL-18) in Hepatozyten führte zu einer Speicherkrankheit in der Leber. Das Fusionieren des aktiven Teils von IL-18 mit IgG-k-Leadersequenz (SP-IL-18) ermöglichte die Sezernierung von IL-18 aus der Zelle ohne Einfluß auf die Produktion von IFN-g, TNF-a, IL-4 sowie Transaminasen. Die Rolle von IL-18 bei einem LPS-abhängigen Leberschaden mit und ohne Präkonditionierung mit CpG-Oligonukleotiden in vivo wurde untersucht. Die Behandlung proIL-18-transgener Mäuse mit LPS führte zur Sezernierung von biologisch aktivem IL-18 aus Hepatozyten. IL-18 hatte bei proIL-18- sowie bei SP-IL-18-transgenen Mäusen nach der LPS-Gabe keinen Einfluß auf die Leberschädigung und Produktion von IFN-g, TNF-a, IL-4. Nach sequenzieller Behandlung mit CpG und LPS fand sich bei SP-IL-18-transgenen Tieren im Gegensatz zu proIL-18-transgenen Mäusen eine stärkere Produktion von GOT, IFN-g und TNF-a im Vergleich zu Wildtyptieren. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, daß IL-18 alleine keine hepatotoxische Wirkung und keinen Einfluß auf die Produktion von IFN-g, TNF-a, IL-4 hat, wofür ein zusätzlicher Stimulus notwendig ist. Die in der vorliegenden Arbeit etablierten proIL-18- und SP-IL-18-transgenen Mausmodelle liefern die Grundlage zu weiteren Untersuchungen der Rolle von IL-18 in der Leber bei der Immunmodulation.

An interferon regulatory factor element controls the major immune modulator of murine cytomegalovirus

Immune modulation by herpesviruses, such as cytomegalovirus, is critical for the establishment of acute and persistent infection confronting a vigorous antiviral immune response of the host. Therefore, the action of immune-modulatory proteins has long been the subject of research, with the final goal to identify new strategies for antiviral therapy.rnIn the case of murine cytomegalovirus (mCMV), the viral m152 protein has been identified to play a major role in targeting components of both the innate and the adaptive immune system in terms of infected host-cell recognition in the effector phase of the antiviral immune response. On the one hand, it inhibits cell surface expression of RAE-1 and thereby prevents ligation of the activating natural killer (NK)-cell receptor NKG2D. On the other hand, it decreases cell surface expression of peptide-loaded MHC class I molecules thereby preventing antigen presentation to CD8 T cells. Ultimately, the outcome of CMV infection is determined by the interplay between viral and cellular factors.rnIn this context, the work presented here has revealed a novel and intriguing connection between viral m152 and cellular interferon (IFN), a key cytokine of the immune system: rnthe m152 promoter region contains an interferon regulatory factor element (IRFE) perfectly matching the consensus sequence of cellular IRFEs.rnThe biological relevance of this regulatory element was first suggested by sequence comparisons revealing its evolutionary conservation among various established laboratory strains of mCMV and more recent low-passage wild-derived virus isolates. Moreover, search of the mCMV genome revealed only three IRFE sites in the complete sequence. Importantly, the functionality of the IRFE in the m152 promoter was confirmed with the use of a mutant virus, representing a functional deletion of the IRFE, and its corresponding revertant virus. In particular, m152 gene expression was found to be inhibited in an IRFE-dependent manner in infected cells. Essentially, this inhibition proved to have a severe impact on the immune-modulatory function of m152, first demonstrated by a restored direct antigen presentation on infected cells for CD8 T-cell activation. Even more importantly, this effect of IRFE-mediated IFN signaling was validated in vivo by showing that the protective antiviral capacity of adoptively-transferred, antigen-specific CD8 T cells is also significantly restored by the IRFE-dependent inhibition of m152. Somewhat curious and surprising, the decrease in m152 protein simultaneously prevented an enhanced activation of NK cells in acute-infected mice, apparently independent of the RAE-1/NKG2D ligand/receptor interaction but rather due to reduced ‘missing-self’ recognition.rnTaken together, this work presents a so far unknown mechanism of IFN signaling to control mCMV immune modulation in acute infection.rnrn

Contribution of vascular resident mesenchymal stromal cells to abdominal aortic aneurysm pathogenesis: increased MMP-9 expression and ineffective immunomodulation

Background. Ageing and inflammation are critical for the occurrence of aortic diseases. Extensive inflammatory infiltrate and excessive ECM proteloysis, mediated by MMPs, are typical features of abdominal aortic aneurysm (AAA). Mesenchymal Stromal Cells (MSCs) have been detected within the vascular wall and represent attractive candidates for regenerative medicine, in virtue of mesodermal lineage differentiation and immunomodulatory activity. Meanwhile, many works have underlined an impaired MSC behaviour under pathological conditions. This study was aimed to define a potential role of vascular MSCs to AAA development. Methods. Aortic tissues were collected from AAA patients and healthy donors. Our analysis was organized on three levels: 1) histology of AAA wall; 2) detection of MSCs and evaluation of MMP-9 expression on AAA tissue; 3) MSC isolation from AAA wall and characterization for mesenchymal/stemness markers, MMP-2, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2 and EMMPRIN. AAA-MSCs were tested for immunomodulation, when cultured together with activated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). In addition, a co-colture of both healthy and AAA MSCs was assessed and afterwards MMP-2/9 mRNA levels were analyzed. Results. AAA-MSCs showed basic mesenchymal properties: fibroblastic shape, MSC antigens, stemness genes. MMP-9 mRNA, protein and enzymatic activity were significantly increased in AAA-MSCs. Moreover, AAA-MSCs displayed a weak immunosuppressive activity, as shown by PBMC ongoing along cell cycle. MMP-9 was shown to be modulated at the transcriptional level through the direct contact as well as the paracrine action of healthy MSCs. Discussion. Vascular injury did not affect the MSC basic phenotype, but altered their function, a increased MMP-9 expression and ineffective immunmodulation. These data suggest that vascular MSCs can contribute to aortic disease. In this view, the study of key processes to restore MSC immunomodulation could be relevant to find a pharmacological approach for monitoring the aneurysm progression.

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

Microglia as therapeutic targets in retinal degeneration: role of translocator protein (18 κDa) (TSPO) and minocycline.

Microglia are the resident immune cells of the central nervous system (CNS) and play an important role in innate immune defense as well as tissue homeostasis. Chronic microglial reactivity, microgliosis, is a general hallmark of inflammatory and degenerative diseases that affect the CNS, including the retina. There is increasing evidence that chronic microgliosis is more than just a bystander effect, but rather actively contributes to progression of degeneration through processes such as toxic nitric oxide (NO) production and even phagocytosis of stressed but viable photoreceptors. Therefore immunmodulation of microglia presents a possible therapeutic strategy for retinal degenerations. Notably, the expression of the mitochondrial translocator protein 18 (κDa) (TSPO) is highly elevated in reactive microglia as seen in several neuroinflammatory diseases such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease and multiple sclerosis. Therefore it is used as a gliosis biomarker in the brain. Moreover TSPO ligands show potent effects in resolving neuroinflammatory brain disorders. However, TSPO expression in the eye had not been investigated before. Further, it was unknown whether TSPO ligands’ potent immunomodulatory effects could be used to treat retinal degenerations. To fill this gap, the study aimed to analyze whether TSPO is also a potential biomarker for degenerative processes in the retina. Moreover the thesis attempted to determine whether a specific TSPO ligand, XBD173, might modulate microglial reactivity and is a potent therapeutic, to treat retinal degenerative diseases. The findings revealed that TSPO is strongly upregulated in microglial cells of retinoschisin-deficient (RS1-/y) mice, a model of inherited retinal degeneration and in a murine light damage model. A co-localization of TSPO and microglia was furthermore detectable in human retinal sections, indicating a potential role for TSPO as a biomarker for retinal degenerations. In vitro assays showed that the TSPO ligand XBD173 effectively inhibited features of microglial activation such as morphological transformation into reactive phagocytes and enhanced expression of pro-inflammatory cytokines. XBD173 also reduced microglial migration and proliferation and reduced their neurotoxic potential on photoreceptor cells. In two independent mouse models of light-induced retinal degeneration, the treatment with XBD173 reduced accumulation of amoeboid, reactive microglia in the outer retina and attenuated degenerative processes, indicated by a nearly preserved photoreceptor layer. A further question addressed in this thesis was whether minocycline, an antibiotic with additional anti-inflammatory properties is able to reduce microglial neurotoxicity and to protect the retina from degeneration. Minocycline administration dampened microglial pro-inflammatory gene expression, NO production and neurotoxicity on photoreceptors. Interestingly, in addition to its immunomodulatory effect, minocycline also increased the viability of photoreceptors in a direct manner. In the light damage model, minocycline administration counter-acted microglial activation and blocked retinal degeneration. Taken together these results identified TSPO as a biomarker for microglial reactivity and as therapeutic target in the retina. Targeting TSPO with XBD173 was able to reverse microglial reactivity and could prevent degenerative processes in the retina. In addition, the study showed that the antibiotic minocycline effectively counter-regulates microgliosis and light-induced retinal degeneration. Considering that microgliosis is a major contributing factor for retinal degenerative disorders, this thesis supports the concept of a microglia-directed therapy to treat retinal degeneration.