Immune pathomechanism of drug hypersensitivity reactions

Drug hypersensitivity research has progressed enormously in recent years, and a greater understanding of mechanisms has contributed to improved drug safety. Progress has been made in genetics, enabling personalized medicine for certain drugs, and in understanding drug interactions with the immune system. In a recent meeting in Rome, the clinical, chemical, pharmacologic, immunologic, and genetic aspects of drug hypersensitivity were discussed, and certain aspects are briefly summarized here. Small chemicals, including drugs, can induce immune reactions by binding as a hapten to a carrier protein. Park (Liverpool, England) demonstrated (1) that drug haptens bind to protein in patients in a highly restricted manner and (2) that irreversibly modified carrier proteins are able to stimulate CD4(+) and CD8(+) T cells from hypersensitive patients. Drug haptens might also stimulate cells of the innate immune system, in particular dendritic cells, and thus give rise to a complex and complete immune reaction. Many drugs do not have hapten-like characteristics but might gain them on metabolism (so-called prohaptens). The group of Naisbitt found that the stimulation of dendritic cells and T cells can occur as a consequence of the transformation of a prohapten to a hapten in antigen-presenting cells and as such explain the immune-stimulatory capacity of prohaptens. The striking association between HLA-B alleles and the development of certain drug reactions was discussed in detail. Mallal (Perth, Australia) elegantly described a highly restricted HLA-B∗5701-specific T-cell response in abacavir-hypersensitive patients and healthy volunteers expressing HLA-B∗5701 but not closely related alleles. Expression of HLA-B∗1502 is a marker known to be necessary but not sufficient to predict carbamazepine-induced Stevens-Johnson syndrome/toxic epidermal necrolysis in Han Chinese. The group of Chen and Hong (Taiwan) described the possible "missing link" because they showed that the presence of certain T-cell receptor (TCR) clonotypes was necessary to elicit T-cell responses to carbamazepine. The role of TCRs in drug binding was also emphasized by Pichler (Bern, Switzerland). Following up on their "pharmacological interactions of drugs with immune receptors" concept (p-i concept), namely that drugs can bind directly to TCRs, MHC molecules, or both and thereby stimulate T cells, they looked for drug-binding sites for the drug sulfamethoxazole in drug-specific TCRs: modeling revealed up to 7 binding sites on the CDR3 and CDR2 regions of TCR Vα and Vβ. Among many other presentations, the important role of regulatory T cells in drug hypersensitivity was addressed.

Apoptosis of neurons and oligodendrocytes in the spinal cord of spinal hyperostotic mouse (twy/twy):possible pathomechanism of human cervical compressive myelopathy

Cervical compressive myelopathy is the most serious complication of cervical spondylosis or ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) and the most frequent cause of spinal cord dysfunction. There is little information on the exact pathophysiological mechanism responsible for the progressive loss of neural tissue in the spinal cord of such patients. In this study, we used the spinal hyperostotic mouse (twy/twy) as a suitable model of human spondylosis, and OPLL to investigate the cellular and molecular changes in the spinal cord. Mutant twy/twy mouse developed ossification of the ligamentum flavum at C2-C3 and exhibited progressive paralysis.

Cytotoxic Granules In Distinct Subsets Of Cutaneous Lupus Erythematosus.

In cutaneous lupus erythematosus (CLE), the pathogenetic role of cytotoxic granules has been demonstrated in the subacute and discoid subtypes, which show interface dermatitis, but little is known about tumid (T)CLE, which does not show this interface dermatitis, and evolves with minimal epidermal changes. We studied cytotoxic T lymphocytes and cytotoxic granules in discoid (n = 21), subacute (n = 17), and tumid (n = 21) CLE samples. Skin sections were immunohistochemically stained for CD8, CD56, perforin, granzyme A, granzyme B, and granulysin. Inflammatory cells containing the four subtypes of cytotoxic granules were found in all the three CLE forms; however, only the TCLE group showed a positive correlation between the density of CD8+ cells and each subtype of cytotoxic granule-positive cells. In addition, only the TCLE group showed synergy between the densities of cells containing cytotoxic granule subtypes. Cytotoxic granules are important in the pathomechanism of TCLE. They may perform functions other than apoptosis, including maintenance of inflammation and dermal mucinous deposits in TCLE.

Progressive Age-Related Changes Similar to Age-Related Macular Degeneration in a Transgenic Mouse Model

Age-related macular degeneration (AMD) is the major cause of blindness in the developed world. its pathomechanism is unknown and its late onset, complex genetics and strong environmental components have all hampered investigations. Here we demonstrate the development of an animal model for AMD that reproduces features associated with geographic atrophy, a transgenic mouse line (mcd/mcd) expressing a mutated form of cathepsin D that is enzymatically inactive thus impairing processing of phagocytosed photoreceptor outer segments in the retinal pigment epithelial (RPE) cells. Pigmentary changes indicating RPE cell atrophy and a decreased response to flash electroretinograms were observed in 11- to 12-month-old mcd/mcd mice. Histological studies showed RPE cell proliferation, photoreceptor degeneration, shortening of photoreceptor outer segments, and accumulation of immunoreactive photoreceptor breakdown products in the RPE cells. An accelerated photoreceptor cell death was detected in 12-month-old mcd/mcd mice. Transmission electron microscopy demonstrated presence of basal laminar and linear deposits that are considered to be the hallmarks of AMD. Small hard drusen associated with human age-related maculopathy were absent in the mcd/mcd mouse model at the ages analyzed. in summary, this model presents several features of AMD, thus providing a valuable tool for investigating the underlying biological processes and pathomechanism of AMD.

Riesenzellarteriitis : Ätiologische Erkenntnisse und diagnostische Herausforderung für den Pathologen [Giant cell arteritis : Etiological knowledge and diagnostic challenge for pathologists].

Giant cell arteritis is a potentially systemic disease of medium-sized and large caliber arteries, showing a preferential manifestation in the extracranial branches of the carotid artery. The diagnosis is oriented to clinical and histomorphological criteria which will be critically reviewed. Particular emphasis is placed on the differentiation from normal aging processes and from healing stages under steroid therapy. In addition, the advances in our understanding of the disease pathomechanism during the last 10 years will be briefly presented as the basis for the hitherto empiric steroid treatment.

Angiotensin converting enzyme inhibitor induced angio-oedema: a review of the pathophysiology and risk factors.

Angio-oedema (AE) is a known adverse effect of angiotensin converting enzyme inhibitor (ACE-I) therapy. Over the past several decades, evidence of failure to diagnose this important and potentially fatal reaction is commonly found in the literature. Because this reaction is often seen first in the primary care setting, a review was undertaken to analyse and document the keys to both diagnostic criteria as well as to investigate potential risk factors for ACE-I AE occurrence. A general review of published literature was conducted through Medline, EMBASE, and the Cochrane Database, targeting ACE-I-related AE pathomechanism, diagnosis, epidemiology, risk factors, and clinical decision making and treatment. The incidence and severity of AE appears to be on the rise and there is evidence of considerable delay in diagnosis contributing to significant morbidity and mortality for patients. The mechanism of AE due to ACE-I drugs is not fully understood, but some genomic and metabolomic information has been correlated. Additional epidemiologic data and clinical treatment outcome predictors have been evaluated, creating a basis for future work on the development of clinical prediction tools to aid in risk identification and diagnostic differentiation. Accurate recognition of AE by the primary care provider is essential to limit the rising morbidity associated with ACE-I treatment-related AE. Research findings on the phenotypic indicators relevant to this group of patients as well as basic research into the pathomechanism of AE are available, and should be used in the construction of better risk analysis and clinical diagnostic tools for ACE-I AE.

Pathogenèse moléculaire de la neuropathie sensitive et motrice héréditaire avec agénésie du corps calleux

La neuropathie sensitive et motrice héréditaire avec agénésie du corps calleux (NSMH/ACC) se traduit par une atteinte neurodégénérative sévère associée à des anomalies développementales dans le système nerveux central et du retard mental. Bien que rare dans le monde, ce désordre autosomique récessif est particulièrement fréquent dans la population Québécoise du Canada Français du fait d’un effet fondateur. L’unique étude réalisée sur la mutation québécoise du gène qui code pour le co-transporteur de potassiumchlore 3 (KCC3) a montré qu’il y a une perte de fonction de la protéine. Cependant, la maladie est également retrouvée hors du Québec et il reste encore à élucider les pathomécanismes mis en jeu. Nous avons donc séquencé les 26 exons du gène KCC3 chez des individus recrutés dans le monde entier et suspectés d’être atteints de la maladie. Nous avons ainsi identifié trois nouvelles mutations. L’étude fonctionnelle de ces mutations nous a confirmé la perte de fonction systématique des co-transporteurs mutés. Puisque l’inactivation de KCC3 se produit majoritairement via l’élimination de segments peptidiques en C-terminus, nous avons concentré notre attention sur l’identification des interactions qui s’y produisent. À l’aide d’approches double hybride, pull-down et immunomarquage, nous avons déterminé que KCC3 interagit avec la créatine kinase CK-B et que cette interaction est perturbée par les mutations tronquantes. De plus, l’utilisation d’un inhibiteur de créatine kinase inactive KCC3, ce qui démontre qu’il existe bien un lien fonctionnel et pathologique entre KCC3 et ses partenaires C-terminaux. Nous avons aussi identifié des anomalies majeures de localisation membranaire des KCC3 mutés. Que KCC3 soit tronqué ou pleine longueur, sa distribution subcellulaire est affectée dans des cellules en culture, dans les ovocytes de Xenopes et dans des échantillons de cerveau de patients. La perte d’interaction entre KCC3 et CK-B et/ou les défauts de transit intracellulaire de KCC3 sont donc les mécanismes pathologiques majeurs de la NSMH/ACC.

Genotipificación de HLA-B en pacientes colombianos afectados por el síndrome Stevens-Johnson y la Necrólisis Epidérmica Tóxica

Las reacciones alérgicas a medicamentos cutáneas severas (RAM) como el Síndrome Stevens Johnson (SJS) y la Necrólisis Epidérmica Tóxica (NET),caracterizadas por exantema, erosión de la piel y las membranas mucosas, flictenas, desprendimiento de la piel secundario a la muerte de queratinocitos y compromiso ocular. Son infrecuentes en la población pero con elevada morbi-mortalidad, se presentan luego de la administración de diferentes fármacos. En Asia se ha asociado el alelo HLA-B*15:02 como marcador genético para SJS. En Colombia no hay datos de la incidencia de estas RAM, ni de la relación con medicamentos específicos o potenciales y tampoco estudios de aproximación genómica de genes de susceptibilidad.

Potranskrypcyjna regulacja ekspresji genu CELF1 - wpływ na patomechanizm dystrofii miotonicznej

Wydział Biologii: Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii

Infantile Encephaloneuromyopathy and Defective Mitochondrial Translation Are Due to a Homozygous RMND1 Mutation

Defects of mitochondrial protein synthesis are clinically and genetically heterogeneous. We previously described a male infant who was born to consanguineous parents and who presented with severe congenital encephalopathy, peripheral neuropathy, myopathy, and lactic acidosis associated with deficiencies of multiple mitochondrial respiratory-chain enzymes and defective mitochondrial translation. In this work, we have characterized four additional affected family members, performed homozygosity mapping, and identified a homozygous splicing mutation in the splice donor site of exon 2 (c.504+1G>A) of RMND1 (required for meiotic nuclear division-1) in the affected individuals. Fibroblasts from affected individuals expressed two aberrant transcripts and had decreased wild-type mRNA and deficiencies of mitochondrial respiratory-chain enzymes. The RMND1 mutation caused haploinsufficiency that was rescued by overexpression of the wild-type transcript in mutant fibroblasts; this overexpression increased the levels and activities of mitochondrial respiratory-chain proteins. Knockdown of RMND1 via shRNA recapitulated the biochemical defect of the mutant fibroblasts, further supporting a loss-of-function pathomechanism in this disease. RMND1 belongs to the sif2 family, an evolutionary conserved group of proteins that share the DUF155 domain, have unknown function, and have never been associated with human disease. We documented that the protein localizes to mitochondria in mammalian and yeast cells. Further studies are necessary for understanding the function of this protein in mitochondrial protein translation.

Funktionelle Zusammenhänge zwischen Expressionsveränderungen des von Hippel-Lindau Tumorsuppressorgens und dessen potentiellen Zielgenen in sporadischen Nierenzellkarzinomen

ZusammenfassungNierenzellkarzinome (NZK) sind häufig gekennzeichnet durch den Funktionsverlust des von Hippel-Lindau Tumorsuppressorgens (VHL TSG). Man kennt heute eine Reihe potentieller Kandidatengene, die eventuell in Wechselwirkung mit dem VHL-Genprodukt stehen (VEGF, c-fos, c-myc). Zur Aufklärung der molekularen Vorgänge, die zur Pathogenese der gut vaskularisierten Nierenzellkarzinome beitragen, wurden NZK-Zellinien untersucht. Vektorkonstrukte wurden generiert, um das in vitro und in vivo Wachstumsverhalten vor und nach Transfektion zu beobachten. Mit Hilfe eines GFP-Fusionsproteins wurden zusätzlich Hinweise auf die intrazelluläre Lokalisation des VHL-Genproduktes (pVHL) geliefert. Nach Abschluß der vorliegenden Studien zeigte sich eine direkte Abhängigkeit der beiden Gene VHL und VEGF. Sowohl die in vitro als auch die in vivo Ansätze bewiesen eine Interaktion der beiden Gene. Die Frage nach einer Interaktion von pVHL mit den Genprodukten Fos und Myc läßt sich jedoch nicht eindeutig beantworten. Die Expressionsveränderungen dieser Gene erfolgten scheinbar willkürlich, eine Interaktion konnte nicht bestätigt werden.Die Lokalisation des VHL-Genproduktes ist von Fall zu Fall unterschiedlich, ein Zusammenhang mit den verschiedenen Funktionen des VHL-Gens ist demnach wahrscheinlich. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das VHL TSG eine Rolle bei der Kontrolle der Angiogenese spielt, eine Interaktion mit VEGF ist mehr als wahrscheinlich. Zukünftig sind bei der Aufklärung des Pathomechanismus von Nierenzellkarzinomen deshalb vor allem Studien nötig, die dem VHL TSG als Angiogeneseinhibitor eine zentrale Bedeutung bei der Heilung sporadischer Tumoren mit starker Vaskularisierung zukommen lassen.

Analyse von Pathomechanismen im Rahmen der Hepatitis-C-Infektion

Das Hepatitis C Virus stellt mit weltweit 170 Millionen infizierten Menschen ein großes gesundheitliches Problem dar. Zwar sind in den letzten Jahren deutliche Fortschritte in der Behandlung der Hepatitis C gemacht worden, gleichwohl ist die Hepatitis C durch das Fehlen eines potenten Impfstoffes weiterhin ein relevantes gesundheitliches Risiko, da sich Infektionsraten auf diesem Wege nicht eindämmen lassen. Der Ansatz dieser Dissertation bestand in der Konstruktion adenoviraler Vektoren, die Anteile des HCV-Genoms beinhalten. Mit Hilfe dieser Vektoren sollten verschiedene Zelltypen transduziert werden, eine Überexpression viraler Proteine initiert werden und Effekte der HCV Proteine HCV-Core und HCV-NS5a ermittelt werden. Diese Dissertationsschrift beschreibt die Konstruktion der adenoviralen Vektoren, die die Hepatitis Gene Core bzw. NS5a tragen. Die Klonierungsschritte werden umfassend aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Versuche gezeigt, die die erfolgreiche adenovirale Transduktion in Zielzellen bestätigen. Es werden phänotypische Veränderungen der verschiedenen Zielzellen anhand mikroskopischer Aufnahmen demonstriert. Zusätzlich wird die erfolgreiche Konstruktion der Vektoren durch Detektion der viralen Proteine im Western Blot bestätigt. Es konnte gezeigt werden, dass sich verschiedene Zielzellen mit den Vektoren transduzieren lassen und die Proteinexpression der HCV-Proteine einer dosisabhänigen Expressionskinetik folgt. In weiteren Untersuchungen konnten Veränderungen der Viabilität der Zellen durch die Expression der viralen Proteine HCV-Core und HCV-NS5a gezeigt werden. Durch eine dosisabhängige Herunterregulation des anti-apoptoischen Proteins MCL-1 ist das Gesamtüberleben der Zellen vermindert. Die Wachstumskinetik der transduzierten Zellen ist signifikant herabgesetzt.

Lokalisation und Quantifizierung von 4-Hydroxynonenal in der Kochlea des Meerschweinchens nach Applikation von Gentamicin

Einleitung und Literaturdiskussion: Gentamicin ist ein aus Bakterien gewonnenes Aminoglykosid-Antibiotikum, das seit vielen Jahren im klinischen Alltag zur Therapie von bakteriellen Infektionen und zur Behandlung des Morbus Ménière eingesetzt wird. Ein bedeutender, jedoch noch nicht vollständig verstandener, Pathomechanismus ist dabei die Entstehung von 4-HNE durch Lipid Peroxidation und die konsekutive Schädigung durch das gebildete Aldehyd. Ziel dieser Arbeit war es, die Beeinflussung der Expression von 4-HNE in sieben verschiedenen Regionen der Kochlea (SV, SL, CO, NF, LF, IDZ und SGZ) durch Gentamicin zu beschreiben und quantitativ zu ermitteln.rnMaterial und Methoden: Die Meerschweinchen wurden in vier Gruppen unterteilt: eine unbehandelte Kontrollgruppe und je eine Gruppe 1, 2 und 7 Tage nach Gentamicin-Applikation. Nach Ablauf der Inkubationszeit wurden die Kochleae den Tieren entnommen, das Gewebe fixiert, geschnitten und auf Objektträgern aufgebracht. Die Schnitte wurden mit 4-HNE-Antikörpern behandelt und die Immunreaktion mikroskopisch lokalisiert und zelluläre quantitative Unterschiede am Computer berechnet.rnErgebnisse: Die Auswertung der Daten ergab signifikante Anstiege der Immunreaktion auf 4-HNE von der Kontrollgruppe zu allen drei Behandlungsgruppen in vier der sieben untersuchten Regionen (Stria vascularis, Spirales Ligament, Cortisches Organ und Nervenfasern). In zwei Bereichen (Fibrozyten im Limbus und Interdentalzellen) kam es zwischen Kontrollgruppe und nur einer Behandlungsgruppe D (7d) zu einer signifikanten Erhöhung. Lediglich die Spiralganglionzellen erbrachten keine signifikanten Differenzen. Der Vergleich der Einzelwindungen erbrachte für die Stria vascularis, das Spirale Ligament, das Cortische Organ und die Nervenfasern signifikante Anstiege innerhalb der drei Windungen von der Kontrollgruppe zu den drei Behandlungsgruppen. Bei der Stria vascularis zeigte sich als einzige Region eine signifikant erhöhte Immunfärbung in allen drei Einzelwindungen von der Kontrollgruppe zu allen Behandlungsgruppen. Beim Vergleich der Gesamtwindungen ließ sich ausschließlich für die Region der Stria vascularis von der ersten zur dritten Windung ein Anstieg der Braunfärbung feststellen. Zudem konnten Korrelationen der Färbeintensitäten einerseits zwischen den beiden Regionen der Lateralen Wand und andererseits zwischen zwei Zelltypen im Limbus aufgezeigt werden.rnDiskussion: Die durch Gentamicin-gesteigerte 4-HNE-Expression kann durch genomische und nicht-genomische Prozesse hervorgerufen werden.

OPA1 isoforms and protein domains in the rescue of mitochondrial dysfunctions

Mutations in OPA1 gene have been identified in the majority of patients with Dominant Optic Atrophy (DOA), a blinding disease, and the syndromic form DOA-plus. OPA1 protein is a mitochondrial GTPase involved in various mitochondrial functions, present in humans in eight isoforms, resulting from alternative splicing and proteolytic processing. In this study we have investigated the specific role of each isoform through expression in OPA-/- MEFs, by evaluating their ability to improve the defective mitochondrial phenotypes. All isoforms were able to rescue the energetic efficiency, mitochondrial DNA (mtDNA) content and cristae integrity, but only the presence of both long and short forms could recover the mitochondrial morphology. In order to identify the OPA1 protein domains crucial for its functions, we selected and modified the isoform 1, shown to be one of the most efficient in preserving mitochondrial phenotype, to express three specific OPA1 variants, namely: one with a different N-terminus portion, one unable to generate short form owing to deletion of S1 cleavage site and one with a defective GTPase domain. We demonstrated that the simultaneous presence of the N- and C-terminus of OPA1 was essential for the mtDNA maintenance; a cleavable isoform generating s-forms was necessary to completely rescue the energetic competence and the presence of the C-terminus was sufficient to partially recover the cristae ultrastructure. Lastly, several pathogenic OPA1 mutations were inserted in MEF clones and the biochemical features investigated, to correlate the defective phenotypes with the clinical severity of patients. Our results clearly indicate that this cell model reflects very well the clinical characteristics of the patients, and therefore can be proposed as an useful tool to shed light on the pathomechanism underlying DOA.

Multiple drug hypersensitivity: normal Treg cell function but enhanced in vivo activation of drug-specific T cells

Up to 10% of patients with severe immune-mediated drug hypersensitivity reactions have tendencies to develop multiple drug hypersensitivities (MDH). The reason why certain individuals develop MDH and the underlying pathomechanism are unclear. We investigated different T cell subpopulations in MDH patients and compared them with patients allergic to a single drug and with healthy controls (HC).