TY  - THES
A1  - Knorr, Susanne
T1  - Pathophysiology of early-onset isolated dystonia in a DYT-TOR1A rat model with trauma-induced dystonia-like movements
T1  - Pathophysiologie der früh beginnenden, isolierten Dystonie in einem DYT-TOR1A Rattenmodell mit Trauma-induzierten Dystonie-ähnlichen Bewegungen
N2  - Early-onset torsion dystonia (DYT-TOR1A, DYT1) is an inherited hyperkinetic movement disorder caused by a mutation of the TOR1A gene encoding the torsinA protein. DYT-TOR1A is characterized as a network disorder of the central nervous system (CNS), including predominantly the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop resulting in a severe generalized dystonic phenotype. The pathophysiology of DYTTOR1A is not fully understood. Molecular levels up to large-scale network levels of the CNS are suggested to be affected in the pathophysiology of DYT-TOR1A. The reduced penetrance of 30% - 40% indicates a gene-environmental interaction, hypothesized as “second hit”. The lack of appropriate and phenotypic DYT-TOR1A animal models encouraged us to verify the “second hit” hypothesis through a unilateral peripheral nerve trauma of the sciatic nerve in a transgenic asymptomatic DYT-TOR1A rat model (∆ETorA), overexpressing the human mutated torsinA protein. In a multiscale approach, this animal model was characterized phenotypically and pathophysiologically. 
Nerve-injured ∆ETorA rats revealed dystonia-like movements (DLM) with a partially generalized phenotype. A physiomarker of human dystonia, describing increased theta oscillation in the globus pallidus internus (GPi), was found in the entopeduncular nucleus (EP), the rodent equivalent to the human GPi, of nerve-injured ∆ETorA rats. Altered oscillation patterns were also observed in the primary motor cortex. Highfrequency stimulation (HFS) of the EP reduced DLM and modulated altered oscillatory activity in the EP and primary motor cortex in nerve-injured ∆ETorA rats. Moreover, the dopaminergic system in ∆ETorA rats demonstrated a significant increased striatal dopamine release and dopamine turnover. Whole transcriptome analysis revealed differentially expressed genes of the circadian clock and the energy metabolism, thereby pointing towards novel, putative pathways in the pathophysiology of DYTTOR1A dystonia. 
In summary, peripheral nerve trauma can trigger DLM in genetically predisposed asymptomatic ΔETorA rats leading to neurobiological alteration in the central motor network on multiple levels and thereby supporting the “second hit” hypothesis. This novel symptomatic DYT-TOR1A rat model, based on a DYT-TOR1A genetic background, may prove as a valuable chance for DYT-TOR1A dystonia, to further investigate the pathomechanism in more detail and to establish new treatment strategies.
N2  - Früh beginnende Torsionsdystonie (DYT-TOR1A, DYT1) ist eine genetisch bedingte hyperkinetische Bewegungsstörung, die aufgrund einer Mutation im TOR1A Gen verursacht wird, welches für das TorsinA-Protein codiert. DYT-TOR1A wird als zentrale Netzwerkstörung bezeichnet und betrifft hauptsächlich die kortiko-striatothalamo-kortikale Funktionsschleife, welches schließlich zu einem schweren generalisierten dystonen Phänotyp führt. Die Pathophysiologie von DYT-TOR1A ist nicht vollständig verstanden, man geht jedoch davon aus, dass Ebenen im Zentralnervensystem von molekularer Basis bis hin zu ganzen Netzwerken betroffen sind. Die reduzierte Penetranz von nur 30% bis 40% deutet auf eine Gen-UmweltInteraktion hin, im Sinne einer „2-Treffer-Hypothese“. Auch das Fehlen eines adäquaten DYT-TOR1A Tiermodelles hat uns dazu veranlasst, die „2-TrefferHypothese“ zu verifizieren, indem eine unilaterale periphere Quetschläsion des Nervus ischiadicus in einem transgenen, asymptomatischen DYT-TOR1A Rattenmodell (∆ETorA) durchgeführt wurde, welches das humane mutierte TorsinA-Protein überexprimiert. Das Tiermodell wurde phänotypisch und pathophysiologisch auf verschiedenen Analysenebenen charakterisiert.  
∆ETorA Ratten mit Quetschläsion entwickelten Dystonie-ähnliche Bewegungen (DLM) mit teilweise generalisiertem Phänotyp. Erhöhte Theta-Oszillationen im Globus pallidus internus (GPi) sind bezeichnend für die humane Dystonie, welche auch im Nucleus entopeduncularis (EP), dem Äquivalent zum humanen GPi, von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion nachgewiesen wurden. Veränderte oszillatorische Muster wurden auch im primären Motorkortex gefunden. Hochfrequenz-Stimulation (HFS) des EP konnte das klinische Erscheinungsbild verbessern und hatte zudem auch einen modulatorischen Effekt auf die veränderte oszillatorische Aktivität des EP und des primären Motorcortex von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion. Auch das veränderte dopaminerge System erwies sich als ein pathologisches Merkmal in ∆ETorA Ratten. Es fand sich eine erhöhte striatale Ausschüttung von Dopamin und ein erhöhter Dopaminumsatz. In der Transkriptomanalyse kamen die zirkadiane Uhr und der Energiemetabolismus als weitere potentielle Signalwege in der Pathophysiologie der DYT-TOR1A Dystonie zum Vorschein. 
Zusammengefasst konnten DLM in genetisch prädisponierten, asymptomatischen ΔETorA Ratten mittels peripheren Nerventraumas ausgelöst werden, welches zu neurobiologischen Veränderungen in verschiedenen Ebenen des zentralen motorischen Netzwerk führte. Somit konnte die „2-Treffer-Hypothese“ bestätigt werden. Dieses neue symptomatische DYT-TOR1A Rattenmodell, fundiert auf der genetischen Grundlage von DYT-TOR1A, kann sich als wertvolle Möglichkeit für die DYT-TOR1A Dystonie erweisen, um Pathomechanismen genauer zu untersuchen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln.
KW  - Dystonie
KW  - Trauma
KW  - Ratte
KW  - Zentralnervensystem
KW  - DYT-TOR1A
KW  - early-onset isolated dystonia
KW  - gene-environmental interaction
KW  - peripheral nerve trauma
KW  - striatum
KW  - dopamine
KW  - deep brain stimulation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-206096
ER  - 
TY  - THES
A1  - Panjwani, Priyadarshini
T1  - Induction, Imaging, Histo-morphological and Molecular Characterization of Myocarditis in the Rat to Explore Novel Diagnostic Strategies for the Detection of Myocardial Inflammation
T1  - Induktion, Bildgebung und, Histo-morphologische sowie Molekulare Charakterisierung der Myokarditis im Rattenmodell zur Entwicklung neuer diagnostischer Strategien zum Nachweis von Herzmuskelentzündungen
N2  - Fulminant myocarditis is rare but a potentially life-threatening disease. Acute or mild myocarditis following acute ischemia is generally associated with a profound activation of the host’s immune system. On one hand this is mandatory to protect the host’s heart by fighting the invading agents (i.e., bacteria, viruses or other microbial agents) and/or to induce healing and repair processes in the damaged myocardium. On other hand, uncontrolled activation of the immune system may result in the generation of auto-reactive (not always beneficial) immune cells. 
Myocarditis or inflammatory cardiomyopathy is characterized by focal or diffuse infiltrates, myocyte necrosis and/or apoptosis and subsequent fibrotic replacement of the heart muscle. In humans, about 30% of the myocarditis-patients develop dilated cardiomyopathy. As the clinical picture of myocarditis is multifaceted, it is difficult to diagnose the disease. Therefore, the main goal of the present work was to test and further develop novel non-invasive methods for the detection of myocardial inflammation by employing both contrast enhanced MRI techniques as well as novel nuclear tracers that are suitable for  in vivo PET/ SPECT imaging.
As a part of this thesis, a pre-clinical animal model was successfully established by immunizing female Lewis rats with whole-porcine cardiac myosin (CM). Induction of Experimental Autoimmune Myocarditis (EAM) is considered successful when anti-myosin antibody titers are increased more than 100-fold over control animals and pericardial effusion develops. In addition, cardiac tissues from EAM-rats versus controls were analyzed for the expression of various pro-inflammatory and fibrosis markers. To further exploit non-invasive MRI techniques for the detection of myocarditis, our EAM-rats were injected either with (1) ultra-small Paramagnetic iron oxide particles (USPIO’s; Feraheme®), allowing for in vivo imaging , (2) micron sized paramagnetic iron oxide particles (MPIO) for ex vivo inflammatory cell-tracking by cMRI, or (3) with different radioactive nuclear tracers (67gallium citrate, 68gallium-labeled somatostatin analogue, and 68gallium-labeled cyclic RGD-peptide) which in the present work have been employed for autoradiographic imaging, but in principle are also suitable for in vivo nuclear imaging (PET/SPECT). In order to compare imaging results with histology, consecutive heart sections were stained with hematoxylin & eosin (HE, for cell infiltrates) and Masson Goldner trichrome (MGT, for fibrosis); in addition, immuno-stainings were performed with anti-CD68 (macrophages), anti-SSRT2A (somatostatin receptor type 2A), anti-CD61 (β3-integrins) and anti-CD31 (platelet endothelial cell adhesion molecule 1).
Sera from immunized rats strongly reacted with cardiac myosin. In immunized rats, echocardiography and subsequent MRI revealed huge amounts of pericardial effusion (days 18-21). Analysis of the kinetics of myocardial infiltrates revealed maximal macrophage invasion between days 14 and 28. Disappearance of macrophages resulted in replacement-fibrosis in formerly cell-infiltrated myocardial areas. This finding was confirmed by the time-dependent differential expression of corresponding cytokines in the myocardium. Immunized animals reacted either with an early or a late pattern of post-inflammation fibrosis. Areas with massive cellular infiltrates were easily detectible in autoradiograms showing a high focal uptake of 67gallium-citrate and 68gallium labeled somatostatin analogues (68Ga DOTA-TATE). Myocardium with a loss of cardiomyocytes presented a high uptake of 68gallium labeled cyclic RGD-peptide (68Ga NOTA-RGD). MRI cell tracking experiments with Feraheme® as the contrast-agent were inconclusive; however, strikingly better results were obtained when MPIOs were used as a contrast-agent: histological findings correlated well with in vivo and ex vivo MPIO-enhanced MRI images. 
Imaging of myocardial inflammatory processes including the kinetics of macrophage invasion after microbial or ischemic damage is still a major challenge in, both animal models and in human patients. By applying a broad panel of biochemical, histological, molecular and imaging methods, we show here that different patterns of reactivity may occur upon induction of myocarditis using one and the same rat strain. In particular, immunized Lewis rats may react either with an early or a late pattern of macrophage invasion and subsequent post-inflammation fibrosis. Imaging results achieved in the acute inflammatory phase of the myocarditis with MPIOs, 67gallium citrate and 68gallium linked to somatostatin will stimulate further development of contrast agents and radioactive-nuclear tracers for the non-invasive detection of acute myocarditis and in the near future perhaps even in human patients.
N2  - Eine fulminant verlaufende Myokarditis ist eine seltene aber potentiell lebensbedrohliche Erkrankung. Akute oder chronische Myokarditis gehen generell mit einer starken Aktivierung des Immunsystems der Betroffenen einher. Zum einen ist dies notwendig, um das Herz durch Bekämpfung der Eindringlinge (z.B. Bakterien, Viren oder andere mikrobielle Erreger) zu schützen und/oder Heilungs- und Reparaturprozesse im geschädigten Myokard einzuleiten. Zum anderen kann eine unkontrollierte Aktivierung des Immunsystems aber auch zur Entstehung von (nicht immer vorteilhaften) auto-reaktiven Immunzellen führen.
Eine Myokarditis oder entzündliche Kardiomyopathie ist charakterisiert durch fokale oder diffuse Infiltrate, Nekrose und/oder Apoptose der Myozyten und einen fortschreitenden fibrotischen Ersatz des Herzmuskelgewebes. Beim Menschen entwickeln etwa 30% der Myokarditis-Patienten eine dilatative Kardiomyopathie. Da das klinische Bild der Myokarditis sehr vielfältig sein kann, ist die Diagnosestellung dieser Erkrankung schwierig. Deshalb war es das Kernziel dieser Arbeit, nicht-invasive Methoden zum Nachweis myokardialer Entzündungen zu testen, und dabei neue Bildgebungsverfahren unter Einsatz von neuen MRT-Kontrastmitteln sowie neuen nuklearen Tracern, die auch für PET/SPECT geeignet wären, zu entwickeln. Diese Verfahren wurden von uns zunächst an einem human-analogen Ratten-Modell evaluiert, mit dem Ziel später evtl. auch einmal beim Menschen eingesetzt werden zu können.
Für unser präklinisches Tiermodell wurden weibliche Lewis-Ratten mit kardialem Myosin aus Schweinen immunisiert. Die erfolgreiche Induktion einer „Experimentellen Autoimmunen Myokarditis (EAM)“ wurde durch einen signifikanten Anstieg der Anti-Myosin Antikörpertiter in immunisierten Tieren und die Ausbildung eines Perikardergusses (Echokardiographie) bestätigt. Zusätzlich wurde aus apikalem kardialem Gewebe RNA isoliert und die Expression verschiedener pro-inflammatorischer und pro-fibrotischer molekularer Marker untersucht. Um die Bildgebung mittels kontrast-verstärktem cMRT zu optimieren, wurden den Tieren entweder kleine Eisenoxid-Nanopartikel (Ultra small paramagnetic iron oxide particles, USPIO; Feraheme®), oder sog. ,,Micronsized paramagnetic iron oxide particles (MPIO)‘‘ für das Tracking inflammatorischer Zellen injiziert. Im daraufolgenden Schritt wurden radioaktive nukleare Tracer (67Gallium-Citrat, 68Gallium-markierte Somatostatin-Analoga und 68Gallium-markierte zyklische RGD-Peptide) injiziert, um dann Autoradiogramme von Herzschnitten zu gewinnen.
KW  - Ratte
KW  - inflammation
KW  - Myokarditis
KW  - Kernspintomografie
KW  - myocarditis
KW  - MRI
KW  - cardiovascular
KW  - Entzündung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122469
ER  - 
TY  - THES
A1  - Paletta, Daniel Sylvester
T1  - Die Variabilität des Ratten iNKT TCR
T1  - The Variability Of The Rat iNKT TCR
N2  - Typ 1 NKT Zellen oder iNKT Zellen (invariante Natürliche Killer T Zellen) stellen eine Subpopulation der abT Zellen dar, die sich durch mehrere charakteristische Eigenschaften aus- zeichnet. Ihr Hauptmerkmal ist die Expression eines semi-invarianten T Zellrezeptors (TCR), der die Bindung von CD1d:Glycolipid Komplexen ermöglicht, wohingegen ‚klassische‘ T Zellen an Komplexe aus MHC (Haupthistokompatibilitätskomplex) Molekülen und Peptiden binden. Die während der Reifung im Thymus durch Transkriptionsfaktoren festgelegte Voraktivierung der iNKT Zellen ermöglicht das unmittelbare Freisetzen von Cytokinen bei Antigenkontakt, wodurch iNKT Zellen die adaptive Immunantwort stark beeinflussen können: Sie tragen sowohl zur Regulation von Autoimmunerkrankungen als auch der Bekämpfung von Krebs und Infektionen bei.
Der iNKT TCR setzt sich aus einer invarianten a-Kette (AV14/AJ18 in der Maus bzw. AV24/AJ18 im Menschen) und einer charakteristischen Auswahl an b-Ketten (vorwiegend BV8S2, BV7 und BV2 in der Maus und BV11 im Menschen) zusammen. Das Cerebrosid a-Galactosylceramid (aGC, KRN7000) stellt eines der potentesten Antigene für iNKT Zellen dar. Die Präsentation dieser Antigenklasse erfolgt durch CD1d Moleküle, die, abgesehen von tiefen hydrophoben Bindungstaschen, strukturell MHC I Molekülen ähneln, jedoch nicht polymorph sind und außerhalb des MHC Locus codiert sind. Die, zwischen Maus und Mensch hochkon- servierte, Interaktion von iNKT TCR und CD1d:aGC Komplex zeichnet sich bei potenten Antigenen durch die eingeschränkte Nutzung der Antigenspezifität bestimmenden Regionen aus: CDR1a, CDR3a und CDR2b. Die den CDR3b definierende V-D-J Umlagerung der b-Kette stellt im iNKT TCR den Bereich der höchsten Variabilität dar, beeinflusst jedoch nur die Bindung schwächerer Antigene. Natürlich auftretende Variabilität innerhalb der a-Kette kann durch Abweichungen von der kanonischen V-J Umlagerung am Beginn des CDR3a entstehen und beeinflusst ebenfalls die Bindung des iNKT TCR.
Die iNKT Zellpopulation in F344 Ratten ähnelt in Frequenz und Korezepotorexpression derjenigen des Menschen. Ratten besitzen ein CD1D Gen, welches hoch homolog zu denen der Maus ist und zwei dem BV8S2 Gensegment der Maus homologe BV Segmente (BV8S2 und BV8S4), die in F344 Ratten beide funktionell sind. Eine Besonderheit der Ratte ist jedoch das Auftreten einer AV14 Multigenfamilie von bis zu zehn Gensegmenten. Diese unterscheiden sich neben dem HV4 vor allem in ihren CDR2 Sequenzen und werden anhand dieser Unterschiede in zwei Gruppen (Typ 1 und 2) eingeteilt. Zusätzlich wurde in der iNKT Zellpopulation eine hohe Frequenz an natürlich auftretenden A93G Substitutionen in der TCR↵ Kette beschrieben und es wurde gezeigt, dass, im Gegensatz zur Kreuzreaktivität zwischen iNKT TCR und CD1d von Maus und Mensch, iNKT Zellen der Ratte nicht an Maus CD1d binden. Die Besonderheiten des Ratten iNKT TCR und deren Auswirkungen auf die TCR Expression und Ligandenbindung der Ratten iNKT Zellpopulation wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht.
Durch in dieser Arbeit durchgeführte in vitro Mutagenesestudien konnten Position 68 in der vierten Hypervariablen Schleife (HV4↵) und Position 93 zu Be- ginn des CDR3↵ als entscheidende Modulatoren der CD1d Bindung im iNKT TCR von Ratte und Maus identifiziert werden, wobei auch speziesspezifische Unterschiede aufgedeckt werden konnten. Die Spezieskreuzreaktivität des Ratten iNKT TCR selbst hing stark von einer A93G Substitution im TCRa ab. Bei Untersuchungen der b-Kette zeigte sich, dass sowohl BV Segmente als auch CDR3b Region die Ligandenbindung in differenziellem Zusammenspiel beeinflussen, was bei Paarung mit unterschiedlichen AV14 Segmenten verschieden ausgeprägt sein konnte. Weiterhin wurden humane CD1d Dimere generiert und zum ersten Mal die Bindung von Ratten CD1d an humane iNKT TCR gezeigt.
Weiterhin wurde in dieser Arbeit das TCR Repertoire von iNKT Zellen der F344 Ratte und deren CD1d Bindungseigenschaften charakterisiert. Hierzu wurde die bereits etablierte Methode der in vitro Expansion von iNKT Zellen aus der Rattenmilz weiterentwickelt, was die Langzeitkultur und -expansion der sortierten iNKT Zellpopulation ermöglichte. Bei Untersuchung der TCR Expression konnte gezeigt werden, dass die Auswahl der im Ratten iNKT TCR genutzten BV Gensegmente ähnlich limitiert ist wie in der Maus. Neben der dominanten Nutzung der BV8S4 und BV8S2 Gensegmente wurden hauptsächlich BV8S1, BV14 und BV7 gefunden. Bei Untersuchungen der CD1d Dimerbindung der iNKT Zellpopulation konnte der Einfluss der na- türlich auftretenden A93G Substitution in der iNKT TCRa Kette bestätigt werden. Außerdem zeigte sich hier ebenfalls der Einfluss des BV Gensegments auf die Ligandenbindung, wobei BV8S4 negative Zellen im Vergleich zu BV8S4 positiven Zellen eine stärkere Ratten CD1d Dimerbindung zeigten.
N2  - Type 1 NKT cells, also called iNKT cells (invariant Natural Killer T cells), are a subpopulation of abT cells with characteristic features. Their hallmark is the expression of a semi-invariant T cell receptor (TCR) which binds CD1d:glycolipid complexes. This is in contrast to ‚conventional‘ T cells which bind complexes of MHC (major histocompatibility complex) molecules and peptides. iNKT cells show a transcription factor dependend, preactivated phenotype which is obtained during their development in the thymus. This allows for immediate cytokine release after antigen encounter and enables iNKT cells to strongly influence the adaptive immune re- sponse: They are not only able to help regulating autoimmune diseases, but also contribute to the clearance of cancer and infections.
The iNKT TCR is composed of an invariant a-chain (AV14/AJ18 in mice, AV24/AJ18 in humans) and a limited number of � chains (mostly BV8S2, BV7 and BV2 in mice and BV11 in humans). a-galactosyceramide (aGC, KRN7000), a cerebroside, is one of the most potent iNKT cell antigens known so far. iNKT cell antigens are presented by CD1d, a non polymorphic molecule which is encoded outside the MHC locus. CD1d molecules resemble MHC I structurally but possess deep hydrophobic pockets as antigen binding grooves. The iNKT TCR interaction with CD1d:aGC complexes is highly conserved between mice and humans. Its binding mode is characteristic for the restricted CDR (complementarity determining region) usage and relies mostly on CDR1a, CDR3a and CDR2b. The only highly variable region within the iNKT TCR, the CDR3b defining diverse V-D-J rearrangement of the TCRb chain, has been shown to only influence binding to less potent antigens. Natural variability within the TCRa chain is usually only possible due to non canonical AV14/AJ18 rearrangements at the beginning of CDR3a and has been shown to indirectly influence ligand binding.
The iNKT cells in F344 rats resemble human iNKT cells in terms of frequency and coreceptor expression profile. Rats have one CD1D gene, highly homologous to those found in mice, and two BV8S2 homologs (BV8S2 and BV8S4 ), which are both functional in F344 rats. Peculiar for the rat is the presence of an AV14 gene family with up to ten members, which have been grouped by their CDR2↵ sequences into Type 1 and 2, and a high frequency of A93G substitutions within the iNKT TCRa chains. Additionally, in contrast to the species cross-reactive interaction of iNKT TCR and CD1d from mice and humans, a lack of mouse CD1d binding by the rat iNKT TCR has been demonstrated. Those characteristic features of the rat iNKT TCR and its influence on TCR expression and ligand binding of rat iNKT cells were investigated in this study.
Due to in vitro mutagenesis studies conducted in this thesis, position 68 within the fourth hypervariable loop of the TCRa chain (HV4a) as well as position 93 at the start of CDR3a could be identified as strong modulators of CD1d binding within the iNKT TCR of rat and mouse with specific features for both species. Furthermore, species cross-reactivity of rat iNKT TCR was found to be strongly enhanced due to the naturally occuring A93G substitution within the rat TCRa chain. The analysis of the rat iNKT TCRb chain showed that BV segments as well as the highly diverse CDR3b region influence CD1d binding in a complex interplay, which also differs depending on the paired a-chain. Furthermore, human CD1d dimers were generated and for the first time binding of rat CD1d to human iNKT TCRs could be shown.
Additionally, the TCR repertoire of F344 rat iNKT cells and its ligand binding has been characterized in this study. For this purpose, the already established in vitro expansion of rat iNKT cell from splenocytes was further developed, allowing long term culture and expansion of purified iNKT cell populations. Analysis of the TCR expression did reveal a restricted BV segment usage, similar to mouse iNKT cells. Besides the predominant usage of BV8S2 and BV8S4 gene sements, mainly BV8S1 BV14 and BV7 were found. CD1d dimer binding studies confirmed the influence of the A93G substitution on ligand binding properties of the rat iNKT cell population and the influence of different BV segments on CD1d binding could also be seen by comparison of BV8S4 positive and negative iNKT cell subpopulations, where BV8S4 usage led to a lower rat CD1d binding profile.
KW  - T-Lymphozyt
KW  - T-Lymphozyten-Rezeptor
KW  - Ratte
KW  - invariante NKT Zellen
KW  - invariant NKT cells
KW  - CD1d
KW  - CD1d
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-114521
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TY  - THES
A1  - Camara, Monika
T1  - Die Rolle der CD8+ T Zellen in der Pathogenese der Experimentellen Autoimmunen Enzephalomyelitis in der Lewis Ratte
T1  - The role of CD8+ T cells in the pathogenesis of experimental autoimmune encephalomyelitis in Lewis rats
N2  - Multiple Sclerosis (MS) and its corresponding animal model Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) are autoimmune diseases of the central nervous system (CNS). Besides CD4+ T cells specific for myelin-derived antigens CD8+ T cells additionally contribute to the pathogenesis of that disease. However, the role of CD8+ T cells during the induction phase of the disease outside the CNS has not been clarified so far. Thus the contribution of CD8+ T cells to the immunopathogenesis of EAE in the Lewis rat was investigated in this work. 
For that purpose active EAE was induced in normal Lewis rats and animals that were deficient for CD8+ T cells due to the application of CD8-specific monoclonal antibodies. The CD8-depleted animals showed diminished disease activity in comparison to control rats. Equally, CD8-knockout rats, characterized by the absence of functional CD8+ T cells, developed clearly reduced symptoms of the disease in comparison to wild type littermates. Reduced disease activity of the CD8-deficient animals was accompanied by reduced infiltration of T cells and macrophages into the CNS. In the draining lymph nodes activated gpMBP-specific CD4+ T cells could be detected in the absence of CD8+ T cells, but they produced less amounts of proinflammatory cytokines like interferon-gamma than CD4+ T cells of normal rats. Obviously in the active EAE, myelin-specific CD4+ T cells are not able to differentiate completely into effector cells and invade the CNS upon absence of CD8+ T cells. In contrast fully differentiated encephalitogenic CD4+ effector cells equally potently induced EAE upon transfer into either normal or CD8-deficient rats. Hence, the pathogenic potential of completely differentiated CD4+ effector cells does not depend on the presence of CD8+ T cells.  

With the help of a rat-IFN-gamma ELISpot interferon-gamma-producing gpMBP-specific CD8+ T cells were detected in animals immunized with gpMBP. To directly detect gpMBP-specific CD8+ T cells, RT1.Al-Ig dimeres were generated and loaded with different gpMBP-derived peptides. Indeed, CD8+ T cells specifically recognizing RT1.Al-Ig dimeres loaded with gpMBP125-133 could be detected in the draining lymph nodes of rats, immunized with gpMBP in CFA. 
The results of this work allow the conclusion that in the EAE of the Lewis rat interferon--producing CD8+ T cells interact with myelin-specific CD4+ T cells, thus licensing these cells to differentiate into CNS invading effector cells.
N2  - Die Multiple Sklerose (MS) und ihr Tiermodell, die Experimentelle Autoimmune Enzephalomyelitis (EAE), sind Autoimmunerkrankungen des Zentralen Nervensystems (ZNS). Neben myelinspezifischen CD4+ T-Zellen tragen auch CD8+ T-Zellen zur Pathogenese dieser Erkrankungen bei. Allerdings ist die Rolle der CD8+ T-Zellen während der Induktionsphase der Erkrankung außerhalb des ZNS noch unklar. In dieser Arbeit wurde daher der Beitrag der CD8+ T-Zellen in der EAE der Lewis-Ratte näher untersucht. 
Dazu wurde die Krankheitsaktivität der aktiven EAE in normalen Lewis-Ratten mit Tieren verglichen, in denen die CD8+ T-Zellen durch CD8-spezifische monoklonale Antikörper depletiert wurden. Die CD8-depletierten Tiere zeigten dabei eine verminderte Krankheitsaktivität im Vergleich zu den Kontrolltieren. Ebenso entwickelten CD8 knockout Ratten, die durch die Abwesenheit funktionsfähiger CD8+ T-Zellen gekennzeichnet sind, deutlich reduzierte Krankheitssymptome im Vergleich zu wildtypischen Tieren. Die reduzierte Krankheitsaktivität in den CD8-defizienten Tieren war von einer verminderten Infiltration von T-Zellen und Makrophagen in das ZNS begleitet. Zwar konnten aktivierte gpMBP-spezifische CD4+ T-Zellen in den drainierenden Lymphknoten von CD8-depletierten Ratten detektiert werden, diese produzierten jedoch in deutlich reduziertem Umfang pro-inflammatorische Zytokine wie beispielsweise Interferon-. Offensichtlich können in der aktiven EAE myelinspezifische CD4+ T-Zellen in Abwesenheit von CD8+ T-Zellen nicht vollständig zu Effektorzellen differenzieren und infolgedessen das ZNS nicht infiltrieren. Umgekehrt konnten nach adoptivem Transfer von voll ausdifferenzierten enzephalitogenen CD4+ Effektorzellen sowohl in normalen als auch CD8-defizienten Empfängertieren gleich starke Symptome einer AT-EAE beobachtet werden. Die Entfaltung des pathogenen Potentials voll ausgereifter CD4+ Effektorzellen scheint somit nicht von der Präsenz von CD8+ T-Zellen abzuhängen.
Mit Hilfe eines Ratten-IFN- ELISpots gelang erstmals die Detektion Interferon--produzierender gpMBP-spezifischer CD8+ T-Zellen in Tieren, die zuvor mit gpMBP immunisiert wurden. Zum direkten Nachweis von gpMBP-spezifischen CD8+ T-Zellen wurden RT1.Al-Ig Dimere generiert und mit verschiedenen gpMBP-Peptiden beladen. Tatsächlich  konnten in den drainierenden Lymphknotenzellen von Ratten, die zuvor mit gpMBP in CFA immunisiert wurden, CD8+ T-Zellen detektiert werden, die gpMBP125-133-beladene RT1.Al-Ig Dimere erkennen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit legen insgesamt den Schluss nahe, dass bei der EAE der Lewis-Ratte Interferon--produzierende CD8+ T-Zellen in der Peripherie mit myelinspezifischen CD4+ T-Zellen interagieren und damit deren Differenzierung zu ZNS-infiltrierenden Effektorzellen ermöglichen.
KW  - Multiple Sklerose
KW  - CD8+ T cells
KW  - Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE)
KW  - Multiple Sclerosis
KW  - CD8+ T-Zellen
KW  - Experimentelle Autoimmune Enzephalomyelitis (EAE)
KW  - Multiple Sklerose
KW  - Encephalomyelitis
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Ratte
KW  - EAE
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-98497
PB  - Journal of Neuroimmunology (2013)
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wang, Ying
T1  - Immune and peripheral endogenous opioid mechanisms of electroacupuncture analgesia
T1  - Immunologische und periphere endogene Opioidmechanismen bei Analgesie durch Elektroakupunktur
N2  - A precious treasure in traditional Chinese medicine (TCM), acupuncture played a vital and irreplaceable role in contributing to people’s health in the thousands of years of Chinese history, and in 2010 was officially added to the “Representative List of the Intangible Cultural Heritage of Humanity” by the United Nations. Because of the side-effects of long-term drug therapy for pain, and the risks of dependency, acupuncture has been widely accepted as one of the most important alternative choice therapies for treating varieties of acute and chronic pain-related disorders. The clinical application and scientific mechanism research of acupuncture have therefore increased intensively in the last few decades. Besides hand acupuncture, other treatment approaches e.g. electroacupuncture (EA) have been widely accepted and applied as an important acupuncture-related technique for acupuncture analgesia (AA) research. The involvement of opioid peptides and receptors in acute AA has been shown via pre-EA application of opioid receptor/peptide antagonists. However, existing publications still cannot illuminate the answer to the following question: how does sustained antinociception happen by EA treatment? The hypothesis of opioid peptide-mediated tonic AA might be able to answer the question.

In the first part of this thesis, the institution of a reproducible acupuncture treatment model as well as the endogenous opioid-related mechanisms was demonstrated. An anatomically-based three-dimensional (3D) rat model was established to exhibit a digital true-to-life organism, accurate acupoint position and EA treatment protocol on bilateral acupoint GB-30 Huantiao. The optimal EA treatment protocol (100 Hz, 2-3 mA, 0.1 ms, 20 min) at 0 and 24 h after induction of inflammatory pain by complete Freund’s adjuvant (CFA) on conscious free-moving rats was then established. EA elicited significant sustained mechanical and thermal antinociception up to 144 h. Post-EA application of opioid receptors (mu opioid receptor, MOR; delta opioid receptor, DOR) antagonists naloxone (NLX) and naltrindole (NTI), or opioid peptide antibodies anti-beta-endorphin (anti-END), met-enkephalin (anti-ENK) or -dynorphin A (anti-DYN) could also block this effect at a late phase (96 h) of CFA post-EA, which suggested opioid-dependent tonic analgesia was produced by EA. Meanwhile, EA also reduced paw temperature and volume at 72-144 h post CFA indicating anti-inflammatory effects. Nociceptive thresholds were assessed by paw pressure threshold (Randall-Sellito) or paw withdrawal latency (Hargreaves) and an anti-inflammatory effect was evaluated by measurement of plantar temperature and volume of inflamed paw.

The second part of the thesis further suggests the correlation between the chemokine CXCL10 (= interferon-gamma inducible protein 10, IP-10) and opioid peptides in EA-induced antinociception. Based on a comprehensive Cytokine Array of 29 cytokines, targeted cytokines interleukin (IL)-1alpha, interleukin (IL)-1beta, tumor necrosis factor (TNF)-alpha, interleukin (IL)-4, interleukin (IL)-13, interferon (IFN)-gamma as well as CXCL10 were selected and quantified by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), and real time reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) quantification confirmed upregulation of CXCL10 mRNA at both 72 and 96 h. The following hyperalgesic assessment suggested the antinociceptive effect of CXCL10. The double immunostaining localizing opioid peptides with macrophages expressed the evident upregulation of CXCR3-receptor of CXCL10 in EA treated samples as well as the significant upregulation or downregulation of opioid peptides by repeated treatment of CXCL10 or antibody of CXCL10 via behavioral tests and immune staining. Subsequent immunoblotting measurements showed non-alteration of opioid receptor level by EA, indicating that the opioid receptors did not apparently contribute to AA in the present studies. In vitro, CXCL10 did not directly trigger opioid peptide END release from freshly isolated rat macrophages. This might implicate an indirect property of CXCL10 in vitro stimulating the opioid peptide-containing macrophages by requiring additional mediators in inflammatory tissue.

In summary, this project intended to explore the peripheral opioid-dependent analgesic mechanisms of acupuncture with a novel 3D treatment rat model and put forward new information to support the pivot role of chemokine CXCL10 in mediating EA-induced tonic antinociception via peripheral opioid peptides.
N2  - Als wertvoller Schatz in der traditionellen chinesischen Medizin (TCM) spielt die Akupunktur eine wichtige und unersetzliche Rolle für die Gesundheit der Menschen in der über tausendjährigen Geschichte von China und wurde im Jahr 2010 offiziell in das "Weltkulturerbe" der Vereinten Nationen aufgenommen. Aufgrund der Nebenwirkungen von Langzeittherapien zur Schmerzbehandlung und dem Risiko der Abhängigkeit wird Akupunktur weithin als eine wichtigste Alternative für die Behandlung von akuten und chronischen Schmerzen eingesetzt. Die klinische Anwendung und Forschung in der Akupunktur wurden in den letzten Jahrzehnten intensiv vorangetrieben. Neben Handakupunktur gibt es noch andere Behandlungsmöglichkeiten, wie z.B. die Elektroakupunktur (EA). EA ist vor allem eine allgemein akzeptierte und wichtige akupunkturbezogene Technik für die Akupunkturanalgesie (AA) in der Forschung. Die Beteiligung von Opioidpeptiden und Opioidrezeptoren in der akuten AA wurde mittels Anwendung von Opioidrezeptorantagonisten/Opioidpeptidantikörpern appliziert vor EA gezeigt. Nach dem aktuellen Forschungsstand kann man jedoch nicht die Frage beantworten, wie die längerfristige (tonische) Antinozizeption nach EA-Behandlung funktioniert. Mit einer Hypothese zur Opioidpeptid vermittelten tonischen AA könnte man die Frage hierzu beantworten.

In der vorliegenden Arbeit wurden in einem Modell der Akupunktur zum ersten Mal endogene Opioid-vermittelte Mechanismen reproduzierbar nachgewiesen. Es wurde ein dreidimensionales (3D) anatomisch-basiertes Rattenmodell entworfen, um am wachen Tier ein genaue Akupunkturbehandlung (EA) an den Akupunkten GB-30 Huantiao beidseitig durchzuführen. Darüber hinaus wurde ein optimiertes Behandlungsprotokoll von EA (100 Hz, 2-3 mA, 0.1 ms, 20 min) bei Ratten 0 und 24 h nach intraplantarer Injektion von komplettem Freunds Adjuvans (CFA) etabliert. Nozizeptive Schwellen wurden mittels Pfotendruckschwelle (Randall-Sellito) oder Pfotenrückzugslatenzzeit (Hargreaves) gemessen und die entzündungshemmende Wirkung durch Messung der Pfotentemperatur und Volumen der entzündeten Pfote ausgewertet. EA bewirkte eine signifikante mechanische und thermische Antinozizeption, welche bis zu 144 h anhielt. Die antinozizeptive Wirkung durch EA war nach Injektion von Opioidrezeptorantagonisten (mu opioid receptor, MOR; delta opioid receptor, DOR) Naloxon (NLX) und Naltrindol (NTI) oder Antikörpern gegen die Opioidpeptide beta-Endorphin (anti-END), Met-Enkephalin (anti-ENK) oder Dynorphin A (anti-DYN) während der späten Entzündungsphase (96 h) mit CFA blockierbar. Dies lässt auf eine durch EA induzierte tonische Analgesie schließen. Darüber hinaus reduzierte EA auch die erhöhte Pfotentemperatur und das erhöhte Pfotenvolumen, welche sehr typisch ist für eine 96-144 h Entzündung mit CFA. Dies spricht für eine entzündungshemmende Wirkung von EA.

Nachfolgend wurde die Beteiligung von Opioidpeptiden und dem Chemokin CXCL10 (= Interferon-gamma induziertes Protein 10, IP-10) sowie die Korrelationen zwischen beiden geklärt. Basierend auf umfangreichenden Zytokinarrays mit 29 Zytokinen, wurden die Zytokine Interleukin (IL)-1alpha, Interleukin (IL)-1beta, Tumornekrosefaktor (TNF)-alpha, Interleukin (IL)-4, Interleukin (IL)-13, Interferon (IFN)-gamma und CXCL10 gezielt ausgewählt und im Enzym Immunoassay (ELISA) sowie durch eine Echtzeit Reverse Transkription-Polymerase Kettenreaktion (RT-PCR) quantifiziert. Die Quantifizierung auf mRNA-Ebene zeigte eine Hochregulation von CXCL10 bei 96 h und zum früheren Zeitpunkt von 72 h. Nachfolgende Schmerzschwellenmessungen wiesen auf eine antinozizeptive Wirkung von CXCL10 hin. Eine Doppelimmunfärbung zeigte die Lokalisation von Opioidpeptiden in Makrophagen. Nachweislich wurde die Expression des CXCR3-Rezeptor von CXCL10 in EA behandelten Pfoten erhöht. Ebenso kam es zu einer signifikanten Hochregulation von Opioidpeptiden durch wiederholte Behandlung mit CXCL10 bzw. Herunterregulation der Opioidpeptide nach wiederholter Behandlung mit anti-CXCL10 Antikörper. Dies wurde sowohl in Verhaltenstests als auch in der Immunfärbung zu beobachtet. Immunoblotting zeigte keine Veränderung der Expression von Opioidrezeptoren nach EA, was schließen lässt, dass die Menge an Opioidrezeptoren in den vorliegenden Untersuchungen keine Rolle spielen. Da CXCL10 in vitro keine direkten Effekt auf die Freisetzung des Opioidpeptides beta-END aus frisch isolierten Rattenmakrophagen hat, liegt die Vermutung nahe, dass CXCL10 in vitro eine indirekte Rolle als Mediator zukommt und indirekt die Opioidpeptidfreisetzung aus Makrophagen in entzündlichen Gewebe stimuliert wird.

Zusammenfassend wurden in dem hier vorgestellten Projekt die Opioidpeptid-abhängigen analgetischen und peripheren Mechanismen der Akupunktur mit einem neuartigem 3D-Behandlungsmodell der Ratte untersucht und eine Schlüsselrolle des Chemokins CXCL10 bei der Vermittlung der EA-induzierten tonischen Antinozizeption in Abhändigkeit von peripheren Opioidpeptiden.
(Translated by Dr. Dagmar Hackel and revised by Priv.-Doz. Dr. Heike Rittner)
KW  - Elektroakupunktur
KW  - electroacupuncture
KW  - peripheral analgesia
KW  - Chemokin CXCL10
KW  - Analgesie
KW  - Cytokine
KW  - Ratte
KW  - opioid peptide
KW  - cytokines
KW  - Periphere Analgesie
KW  - Opioidpeptide
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-98326
ER  - 
TY  - THES
A1  - Monzón Casanova, Elisa
T1  - Rat iNKT Cells: Phenotype and Function
T1  - Ratten iNKT Zellen: Phänotyp und Funktion
N2  - iNKT cells are a population of T cells with unique characteristics. In contrast to most αβ T cells which recognize peptides presented by highly polymorphic MHC molecules, iNKT cells are reactive to glycolipids presented by CD1d, a non-polymorphic MHC-I like molecule. Moreover, whereas MHC-restricted αβ T cells bear highly variable receptors (TCRs) formed after somatic recombination of the V(D)J gene segments, the TCR of iNKT cells is formed by an invariant α chain, which always contains the same gene segments: AV14 and AJ18; and a β chain of limited BV gene usage: BV8S2, BV7 or BV2, in the mouse. This invariant α chain is the reason for which these cells are named “i” and the NK part of their name refers to the expression of receptors typical of natural killer (NK) cells. iNKT cells recognize glycolipids of endogenous and microbial origin. After activation they secrete large amounts of very different cytokines such as IFN-γ and IL-4 and thus influence immune responses and pathological conditions. One of the most potent iNKT cell agonists, recognized by the semi-invariant TCR, is the synthetic glycolipid α-Galactosylceramide (α-Gal). iNKT cells can be visualized using CD1d-multimeric complexes loaded with α-Gal and flow cytometry, since this reagent has enough avidity to stain these cells. Interestingly, mouse iNKT cells can be stained with human α-Gal-loaded CD1d oligomers and human iNKT cells can also be visualized with mouse α-Gal-loaded CD1d oligomers, indicating a high degree of conservation of the recognition of α-Gal presented by CD1d through evolution. Previous studies showed that rats have the genes necessary to build semi-invariant TCRs: They have a CD1d homologue; one or two BV8S2 homologues and interestingly, up to ten AV14 gene segments, which are highly conserved when compared to the mouse genes. Importantly, it has been shown at least for two of these AV14 gene segments that they can produce invariant TCRα chains which, when coexpressed with BV8-containing β chains, react to α-Gal presented by rat CD1d. Furthermore, ex vivo stimulation of primary splenocytes with α-Gal results in the secretion of IL-4 and IFN-γ. Surprisingly, rat semi-invariant TCRs do not recognize α-Gal presented by mouse CD1d and accordingly, mouse α-Gal-loaded CD1d tetramers failed to stain a discrete population of rat iNKT cells. Taking all together, despite that strong evidence suggested that iNKT cells are present in the rat, the direct identification of such population and the analysis of CD1d-restricted immune responses were still pending for this species. Hence the work presented in this doctoral thesis was aimed to identify iNKT cells, to analyze their phenotype and also to study the distribution and function of CD1d in the rat. For these purposes, we produced essential reagents which were still lacking such as rat specific anti-CD1d monoclonal antibodies and rat CD1d oligomers. Importantly, two of three anti-rat CD1d monoclonal antibodies (all of them generated in our laboratory before this thesis was initiated) also recognized mouse CD1d and therefore allowed a direct comparison of CD1d expression between rat and mouse. Whereas CD1d distribution in the hematopoietic system was found to be extremely similar between these two species; in non-lymphatic tissues important differences were observed. Interestingly, CD1d protein was detected at not yet described sites such as the rat exocrine pancreas and rat and mouse Paneth cells. These monoclonal antibodies did not only allowed the analysis of CD1d expression, but also the first demonstration of the function of rat CD1d as an antigen presenting molecule, since cytokine release in response to α-Gal was blocked when they were added to ex vivo cultures of rat primary cells. Staining of primary rat iNKT cells (possible now with the newly generated rat CD1d oligomers) revealed interesting similarities with human iNKT cells. First, we observed that rat iNKT cells are only a minority among all NKR-P1A/B positive T cells. Human iNKT cells constitute also a very small proportion of NKR-P1A (CD161) expressing T cells, whereas in mice inbred strains which express NKR-P1C (NK1.1), most of NKRP1C expressing T cells are iNKT cells. Second, the majority of rat iNKT cells are either CD4 or DN and only a small proportion expresses CD8β. These findings are similar to humans and different to mice which lack CD8+ iNKT cells. Third, analysis of various inbred rat strains demonstrated different iNKT cell frequencies which correlated with cytokine secretion after α-Gal stimulation of primary cells. In comparison to mice, iNKT cell numbers are markedly reduced in rats. In F344 rats, inbred rat strain which released the highest cytokine amounts after α-Gal stimulation, approximately 0.25% and 0.1% of total liver and spleen lymphocytes, respectively, are iNKT cells. In contrast, in LEW rats iNKT cells were practically absent and neither IL-4 nor IFN-γ were detected after stimulation of primary cells with α-Gal. Once more, these frequencies are very close to those observed in humans. Last, as reported for human peripheral blood cells, rat iNKT cells could be easily expanded in vitro by adding α-Gal to cultures of intrahepatic lymphocytes, whereas the expansion of mouse iNKT cells was not possible using the same protocol. The presence of a multimember AV14 gene segment family in the rat is an intriguing characteristic. These AV14 gene segments are extremely homologous except in the CDR2α region. Based on the amino acid sequence of this region they have been divided into two different types: Type I and II. A specific tissue distribution of the different types was proposed in the first study where the presence of several AV14 gene segments was described. We also analyzed the AV14 gene segment usage in F344 and LEW inbred rat strains. In F344 rats we found no preferential usage of either AV14 gene segment type in the spleen and the liver but type II AV14 gene segments appeared more frequently in the thymus. In contrast, LEW rats show a preferential usage of type I AV14 gene segments in all three compartments analyzed: Thymus, spleen and liver. Taken all together, the usage of newly generated reagents allowed to gain novel insights into CD1d expression in the rat and in the mouse and to directly identify rat iNKT cells for the first time. The phenotypic and functional analysis of rat iNKT cells revealed numerous similarities with human iNKT cells. These are of special interest, since rats serve to investigate several pathological conditions including models for autoimmune diseases. The possibility now to analyze iNKT cells and CD1d-restricted T cell responses in the rat might help to understand the pathogenesis of such diseases. In addition, the uncomplicated in vitro expansion and culture of rat iNKT cells should facilitate the analysis of the immunomoldulatory capacities of these cells.
N2  - iNKT Zellen sind eine Population von T Zellen mit einigen Besonderheiten. Anders als die meisten αβ T Zellen, deren T Zell Rezeptoren (TZRs) für von hochpolymorphen MHC Molekülen präsentierte Peptide spezifisch sind, erkennen iNKT Zellen Glycolipide die von CD1d, einem nicht polymorphem MHC-I artigen Moleküle, präsentiert werden. Während MHC-restringierte αβ T Zellen sehr unterschiedliche TZRs haben, die nach somatischer Rekombination der V(D)J Gensegmente generiert werden, besteht der TZR der iNKT Zellen aus einer invarianten α Kette und einer β Kette mit einem limitierten BV Gen Repertoire (BV8S2, BV7 und BV2 in Maus). Die invariante α Kette, auf die das i im Namen der iNKT Zellen verweist, enthält in der Maus immer AV14 und AJ18 kodierte V-Regionen. Das NK in ihrem Namen verweist darauf, dass sie häufig NK-Zell typische Oberflächenmoleküle exprimieren. iNKT Zellen erkennen Glycolipide endogenen und mikrobiellen Ursprungs und sezernieren nach Aktivierung große Mengen verschiedener Zytokine wie zum Beispiel IL-4 und IFN-γ. Auf diese Weise beeinflussen sie Immunantwort und pathologische Zustände. Eine der potentesten iNKT-Zell-TZR Agonisten ist das α-Galactosylceramid (α-Gal) und α-Gal beladene CD1d-Multimere ermöglichen es iNKT Zellen zu färben und mittels Durchflusszytometrie sichtbar zu machen. Die hohe Konservierung der iNKT TZR-CD1d Interaktion ermöglicht es sogar, Maus iNKT Zellen mittels α-Gal beladenen humanen CD1d-Multimere zu färben. Vorhergehende Studien zeigten, dass Ratten die notwendigen Gene für die Generierung der semi-invarianten TZR haben: Sie besitzen ein CD1d Homolog, ein oder zwei BV8S2 Homologe und bis zu zehn AV14 Gensegmente, die im Vergleich zu den Maus-AV14 Genen hoch konserviert sind. Mehrere dieser AV14 Gensegmenten wurden mit AJ18 zusammen rearrangiert gefunden und für mindestens zwei dieser invarianten α Ketten wurde gezeigt, dass sie zusammen mit BV8 enthaltenden β Ketten TZR bilden, die von CD1d präsentiertes α-Gal erkennen. Weiterhin wurde gezeigt, dass primäre Ratten- Milzzellen und intrahepatische Lymphozyten nach Kultur mit α-Gal IL-4 und IFN-γ sezernieren. Auf Grund dieser Befunde und der starken Konservierung der CD1d Gene und der Gene, die die semi-invarianten TZR kodieren, überrascht es, dass keine definierte Zellpopulation von intrahepatischen Rattenlymphozyten mittels α-Gal beladenen Maus CD1d-Tetrameren gefärbt wurde. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die direkte Identifizierung der Zellen und die Analyse der CD1d restringierten Immunantworten in der Ratten noch austand, obwohl es starke Hinweise für die Existenz der iNKT Zellen in dieser Art gab. Infolgedessen sind die Ziele dieser Arbeit: die Identifizierung der Ratten iNKT Zellen, die Analyse ihres Phänotyps und die Untersuchung der CD1d-restringierten Immunantworten. Um diese Ziele zu erreichen, wurden noch fehlende essentielle Reagenzien hergestellt, wie die ersten Ratten-CD1d spezifischen monoklonalen Antikörper und Ratten CD1d Oligomere. Zwei der drei charakterisierten monoklonalen Antikörpern erkennen sowohl Ratten CD1d als auch Maus CD1d. Dies ermöglichte den direkten Vergleich der CD1d Expression zwischen beiden Spezies (diese Antikörper wurden in unserem Labor vor dem Anfang dieser Doktorarbeit hergestellt). Während die CD1d Verteilung im hämatopoetischen System beider Arten äußerst ähnlich ist, wurden in nicht lymphatischen Geweben sehr starke Unterschiede gefunden. Interessanterweise wurde das CD1d Protein auch an noch nicht beschriebenen Stellen wie im exokrinen Pankreas der Ratte und in Paneth Zellen von Maus und Ratte beobachtet. Die monoklonalen Antikörper erlaubten nicht nur die Analyse der CD1d Verteilung, sondern auch den Beweis der Funktion von CD1d als Antigen präsentierendes Molekül, weil die Zugabe der Antikörper zu ex vivo Kulturen von primären Zellen die Sekretion von Zytokinen bei der Stimulation mit α-Gal hemmt. Färbungen von primären Ratten iNKT Zellen, jetzt möglich durch die neu generierte Ratten CD1d-Dimere, zeigten interessante Gemeinsamkeiten mit humanen iNKT Zellen. Es wurde erstens beobachtet, dass Ratten iNKT Zellen nur eine Minderheit unter allen NKR-P1A/B positiven T Zellen sind. Dies ähnelt den humanen iNKT Zellen, die ebenfalls auch nur ein sehr kleinen Teil der NKR-P1A (CD161) exprimierenden T Zellen stellen, während in Mausstämmen, die NKR-P1C (NK1.1) exprimieren, die Mehrheit der NKR-P1C positiven T Zellen iNKT Zellen sind. Zweitens sind die meisten Ratten iNKT Zellen CD4 positiv oder doppelt negativ während nur ein kleiner Anteil CD8β exprimiert. Diese Befunde gleichen denen mit humanen iNKTs und unterscheiden sich von Maus iNKTs, die immer CD8β negativ sind. Drittens zeigt die Analyse von verschiedenen Rattenstämmen, ähnlich wie beim Menschen, 10-100 fach geringere Frequenzen von iNKT Zellen als in der Maus. In F344 Ratten sind etwa 0.25% aller Lymphozyten in der Leber und etwa 0.1% aller Milzzellen iNKT Zellen. Wobei dies der Rattenstamm ist, der die größte Mengen an Zytokinen nach α-Gal Stimulation produziert. In LEW Ratten, die keine Zytokine nach α-Gal Stimulation produzierten, konnten iNKT Zellen praktisch nicht gefärbt werden. Schließlich konnten, wie bei humanen peripherischen Blutzellen beobachtet, Ratten iNKT Zellen durch alleinige Zugabe von α-Gal in vitro expandiert werden, während dies mit Maus iNKT Zellen nicht möglich war. Eine faszinierende bislang nur in der Ratte gemachte Beobachtung ist die Existenz einer AV14 Multigenfamilie, deren Mitglieder bis auf die CDR2 kodierende Region hochhomolog sind. Basiert auf der Aminosäuresequenz dieser Region wurde diese Familie in zwei Gruppen aufgeteilt: Typ I und II. Die erste Studie, in der diese zwei verschiedenen Typen beschrieben wurden, schlug eine spezifische Gewebsverteilung von AV14 positiven TCR vor. Wir haben ebenfalls die Benutzung dieser AV14 Gene in F344 und LEW Inzuchtrattenstämmen analysiert und gefunden, dass es in F344 Leber und Milz keine Präferenz für einen bestimmten AV14 Typ gibt. Jedoch wurde der Typ II häufiger in F344 Thymus gefunden. Im Vergleich zeigen LEW Ratten eine bevorzugte Benutzung des Typ I in allen analysierten Geweben (Thymus, Milz und Leber). Zusammengefasst kann gesagt werden, dass diese Studie mit Hilfe neu generierter Reaganzien neue Erkenntnisse zur CD1d Expression in Ratte und Maus gewonnen wurden und erstmals eine direkte phänotypische und funktionelle Analyse von iNKT Zellen der Ratte durchgeführt wurde. Es wurden eine Reihe von Gemeinsamkeiten zwischen iNKT Zellen von Ratte und Mensch gefunden. Diese sind vor allem deshalb von Interesse, da das Versuchstier Ratte für eine Reihe von Autoimmunkrankheiten und andere pathologische Zustände als Modellorganismus dient. Es ist zu erwarten, dass weitere Untersuchungen von CD1d-restringierten Zellen der Ratte neue Einsichten in die Genese dieser Krankheiten ermöglicht. Darüberhinaus sollte die in der Ratte beobachtete einfach durchzuführende in vitro Kultur und Expansion von iNKT Zellen eine Analyse ihrer immunmodulatorischen Eigenschaften deutlich erleichtern.
KW  - Ratte
KW  - Natürliche Killerzelle
KW  - Immunologie
KW  - CD1d
KW  - rat
KW  - NKT
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56526
ER  -