TY  - THES
A1  - Visan, Ion Lucian
T1  - P0 specific T-cell repertoire in wild-type and P0 deficient mice
N2  - Zusammenfassung Das Myelinprotein P0 stellt eine zentrale Komponente für die Stabilität und Funktionalität der Myelinscheiden des peripheren Nervensystems dar. Mutationen des P0-Proteins führen zu verschiedenen, schwer behindernden peripheren Neuropathien wie der Charcot-Marie-Tooth- oder der Dejerine-Sotas-Erkrankung. Wir haben das Tiermodell der P0-Knock-Out-Mäuse verwendet, um im Vergleich zu den C57BL/6-Wildtyp-Tieren Selektionsmechanismen des P0-spezifischen T-Zell-Repertoires zu untersuchen. Dazu wurde eine Reihe von überlappenden 20-mer-Peptiden benutzt, die die gesamte Aminosäuresequenz von P0 abdeckten. Mit Hilfe dieser Peptide wurde ein sog. „Epitop-Mapping“ der H2-Ab-restringierten T-Zell-Antwort durchgeführt. Auf diese Weise konnte das P0-Peptid 5 (Aminosäure 41-60) in der extrazellulären P0-Domäne als immunogene Determinante identifiziert werden. Dieses immunogene Peptid wurde dann für Untersuchungen der Toleranzmechanismen verwendet und zeigte, dass in P0-Knock-Out-Mäusen ein hochreaktives P0-spezifisches T-Zell-Repertoire vorliegt, während es in Wildtyp-Tieren inaktiviert ist und so Selbsttoleranz erzeugt wird. Die Toleranzerzeugung in Wildtyp- und heterozygoten P0 +/- Mäusen hängt nicht von der Gen-Dosis ab. P0 ist ein gewebespezifisches Antigen, dessen Expression normalerweise auf myelinisierende Schwann-Zellen beschränkt ist. Die klassischen Vorstellungen zu Toleranzmechanismen gegenüber gewebsspezifischen Antigenen schrieben diese vor allem peripheren Immunmechanismen zu. Durch den erstmaligen Nachweis von intrathymischer Expression gewebsspezifischer Antigene wie P0 konnten wir bestätigen, dass für P0 offensichtlich die Expression deutlich weiter verbreitet ist, insbesondere auch auf Thymus-Stroma-Zellen. Unter Verwendung von Knochenmarkschimären haben wir weitere Untersuchungen durchgeführt, wie Knochenmarks-abstammende Zellen im Vergleich zu nicht-hämatopoetischen Zellen Toleranz gegenüber P0 erzeugen können. Unsere Befunde zeigen, dass Knochenmarks-abhängige Zellen nicht ausreichen, um völlige Toleranz zu erzeugen. Zusätzlich wurde eine P0-Expression auf anderen Geweben wie dem Thymus benötigt, um komplette Toleranz zu erhalten. Wir identifizierten ein kryptisches P0-Peptid 8 und zwei subdominante P0-Peptide 1 und 3. Während das Peptid 8 sowohl in Wildtyp- als auch Knock-Out-Mäusen erkannt wurde, wurden die Peptide 1 und 3 in Wildtyp-Mäusen nicht als Immunogen erkannt. Die genannten Peptide wurden verwendet, um eine experimentelle autoimmune Neuritis (EAN) zu erzeugen. Mit keinem der experimentellen Ansätze konnten wir klinische Zeichen einer EAN generieren, allerdings mit dem Peptid 3 doch Entzündung im peripheren Nerven beobachten. Es werden zukünftig weitere Untersuchungen benötigt, um P0-spezifische T-Zell-Linien zu etablieren und so mit höherer Effizienz eine EAN zu erzeugen. Unsere Untersuchungen sprechen dafür, dass bei gentherapeutischen Ansätzen bei erblichen Neuropathien vorsichtig und schrittweise vorgegangen werden muss, da mit sekundärer Autoimmunität und damit Inflammation im peripheren Nerven zu rechnen ist.
N2  - Summary Myelin protein zero (P0) is a key myelin component in maintaining the integrity and functionality of the peripheral nervous system. Mutated variants are the cause for several disabilitating peripheral neuropathies such as Charcot-Marie-Tooth disease or Dejerine –Sotas syndrome. Using P0 knockout mice - a mouse model for these diseases - together with their wt counterparts on C57BL/6 background we studied the shaping of the T-cell repertoire specific for P0 in the presence and in the absence of this protein during the ontogeny of T-cells. Our approach was to use a series of overlapping 20-mer peptides covering the entire amino acid sequence of P0. This series of P0 peptides was employed for epitope mapping of the H2-Ab restricted T cell response. Thus, P0 peptide 5 (P0 41-60) in the extracellular domain of P0 was identified as the main immunogenic peptide. The immunogenic peptide containing the core immunodominant determinant in the P0 sequence was employed in studies of tolerance, revealing a highly reactive P0 specific T-cell repertoire in P0 ko mice while in wt mice the high avidity repertoire was inactivated in order to ensure self tolerance. In wild type and heterozygous P0 mice tolerance is not dependent on gene dosage. P0 is a tissue specific antigen whose expression is limited to myelinating Schwann cells. The classical view on tolerance to tissue specific antigens attributed this role to peripheral mechanisms. Driven by the finding that intrathymic expression of tissue-specific antigens is a common occurrence, we confirmed that “promiscuous” expression on thymic stroma holds true also for myelin P0. In addition, using bone marrow chimeras we investigated the capacity of bone marrow derived cells versus nonhematopoietic cells to induce tolerance towards P0. Our findings show that bone marrow derived cells although tolerogenic to some degree are not sufficient to mediate complete tolerance. P0 expression on cells with origin other than bone marrow showed to be sufficient and necessary to induce sound tolerance. We identified one cryptic (P0 peptide 8) and two subdominant epitopes (P0 petides 1, and 3). P0 peptide 8 was reactive in both wt and P0 ko mice. Peptides 1 and 3 were immunogenic in P0 ko but not in wt mice. Several P0 peptides including the immunogenic peptide 5 were involved in direct and adoptive transfer EAN studies. None of them induced clinical signs of EAN. Immunization with P0 peptide 3 did induce inflammation of the peripheral nerves reflected by the infiltration of macrophages and CD3 positive cells. More studies involving highly P0 specific T-cell lines are needed to characterize the P0 induced EAN. Our findings may have direct implications for secondary autoimmunity and inflammation in peripheral nerves developing after correcting the P0 genetic defect by gene therapy in aforementioned diseases.
KW  - Myelin
KW  - Genmutation
KW  - T-Lymphozyt
KW  - autoimmunität
KW  - T-zell epitope
KW  - T-zell repertoir
KW  - toleranz
KW  - MPZ (P0)
KW  - autoimmunity
KW  - T-cell epitope
KW  - T-cell repertoire
KW  - tolerance
KW  - MPZ (P0)
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5734
ER  - 
TY  - THES
A1  - Krämer, Franziska
T1  - Molecular and Biochemical Investigations into VMD2, the gene associated with Best Disease
T1  - Molekulare und biochemische Untersuchungen zur Charakterisierung des Morbus Best Gens, VMD2
N2  - Best disease (OMIM 153700) is an early-onset, autosomal dominant maculopathy characterized by egg yolk-like lesions in the central retina. The disease gene, the vitelliform macular dystrophy gene type 2 (VMD2), encodes a 585-aa VMD2 transmembrane protein, termed bestrophin. The protein is predominantly expressed on the basolateral side of the retinal pigment epithelium (RPE) and is thought to be involved in the transport of chloride ions. Bestrophin as well as three closely related VMD2-like proteins (VMD2L1-L3) contain multiple putative transmembrane (TM) domains and an invariant tripeptide (RFP) motif in the N-terminal half of the protein. This and the tissue-restricted expression to polarized epithelial cells are typical features of the VMD2 RFP-TM family. Best disease is predominantly caused by missense mutations, clustering in four distinct „hotspots“ in the evolutionary highly conserved N-terminal region of the protein. To further augment the spectrum of mutations and to gain novel insights into the underlying molecular mechanisms, we screened VMD2 in a large cohort of affected patients. In total, nine novel VMD2 mutations were identified, raising the total number of known Best disease-related mutations from 83 to 92. Eight out of nine novel mutations are hotspot-specific missense mutations, underscoring their functional/structural significance and corroborating the dominant-negative nature of the mutations. Of special interest is a one-basepair deletion (Pro260fsX288) encoding a truncated protein with a deletion of an important functional domain (TM domain four) as well as the entire C-terminal half of bestrophin. For the first time, a nonsense mutation leading to a 50 % non-functional protein has been identified suggesting that on rare occassions Best disease may be caused by haploinsufficiency. Molecular diagnostics strongly requires a reliable classification of VMD2 sequence changes into pathogenic and non-pathogenic types. Since the molecular pathomechanism is unclear at present, the pathogenicity of novel sequence changes of VMD2 are currently assessed in light of known mutations. We therefore initiated a publicly accessible VMD2 mutation database (http://www.uni-wuerzburg.de/humangenetics/vmd2.html) and are collecting and administrating the growing number of mutations, rare sequence variants and common polymorphisms. Missense mutations may disrupt the function of proteins in numerous ways. To evaluate the functional consequences of VMD2 mutations in respect to intracellular mislocalization and/or protein elimination, a set of molecular tools were generated. These included the establishment of an in vitro COS7 heterologous expression assay, the generation of numerous VMD2 mutations by site-directed mutagenesis as well as the development of bestrophin-specific antibodies. Surprisingly, membrane fractionation/Western blot experiments revealed no significant quantitative differences between intact and mutant bestrophin. Irrelevant of the type or location of mutation, incorporation of mutant bestrophin to the membraneous fraction was observed. Thus, impaired membrane integration may be ruled out as causative pathomechanism of Best disease consistent with a dominant-negative effect of the mutations. In a different approach, efforts were directed towards identifying and characterizing the VMD2 RFP-TM protein family in mouse. While clarification of the genomic organization of murine Vmd2 was required as basis to generate Vmd2-targeted animals (see below), the study of closely related proteins (Vmd2L1, Vmd2L2 and Vmd2L3) may provide further clues as to the function of bestrophin. For this, biocomputational as well as RT PCR analyses were performed. Moreover, the novel genes were analyzed by real time quantitative RT PCR, displaying predominant expression in testis, colon and skeletal muscle of Vmd2, Vmd2L1 and Vmd2L3 transcripts, respectively as well as in eye tissue. Interestingly, neither an ORF was determined for murine Vmd2L2 nor was the transcript present in a panel of 12 mouse tissues, suggesting that murine Vmd2L2 may represent a functionally inactive pseudogene. The murine Vmd2L3 gene, as its human counterpart, is a highly differentially spliced transcript. Finally, generating mouse models of Best disease will provide essential tools to investigate the pathophysiology of bestrophin in vivo. We have initiated the generation of two different mouse lineages, one deficient of Vmd2 (knock-out) and the other carrying a human disease-related mutation (Tyr227Asn) in the orthologous murine gene (knock-in). Genetic engineering of both constructs has been achieved and presently, four ES clones harboring the homologous recombination event (Vmd2+/-) have been isolated and are ready for the subsequent steps to generate chimeric animals. The resulting mouse lineages will represent two key models to elucidate the functional role of bestrophin in Best disease, in RPE development and physiology.
N2  - Morbus Best (OMIM 153700) ist eine autosomal dominant vererbte Makulopathie mit juvenilem Beginn. Charakteristisch sind Eidotter-ähnliche Läsionen im zentralen Bereich der Retina. Das krankheitsverursachende Gen, das vitelliforme Makuladystrophie-Gen Typ 2 (VMD2), kodiert für ein 585 Aminosäuren langes Transmembranprotein. Das als Bestrophin bezeichnete Protein ist vorwiegend auf der basolateralen Seite des retinalen Pigmentepithels (RPE) exprimiert und wahrscheinlich am Transport von Chloridionen beteiligt. Bestrophin wie auch die drei eng-verwandten VMD2-ähnlichen Proteine (VMD2L1-L3) gehören zur Familie der VMD2 RFP-TM Proteine und sind durch putative Transmembrandomänen (TM) und ein invariantes Tripeptid (RFP) gekennzeichnet. Morbus Best wird hauptsächlich durch „missense“ Mutationen verursacht die in vier Bereichen („hotspots“) akkumulieren. Um das Mutationsspektrum zu erweitern und darüber hinaus den zugrundeliegenden molekularen Mechanismus weitergehend aufzuklären, wurde das VMD2 Gen in betroffenen Patienten untersucht. Insgesamt wurden neun bisher nicht beschriebene Mutationen identifiziert, wodurch sich die Anzahl der bekannten krankheitsassoziierten Mutationen auf 92 erhöhte. Wie die meisten der bisher bekannten Mutationen befinden sich acht „missense“ Mutationen in den sogenannten „hotspots“ des Gens. Dies unterstreicht die funktionelle bzw. strukturelle Bedeutung der betroffenen Regionen sowie den dominant-negativen Effekt der Mutationen. Bemerkenswert ist eine atypische 1-Basenpaar-Deletion (Pro260fsX288) in Exon 7. Denn erstmals wurde eine „nonsense“ Mutation im VMD2 Gen identifiziert, die 50 % nicht-funktionelles Protein zur Folge hat. In seltenen Fällen scheint daher die durch „nonsense“ Mutationen bedingte Haploinsuffizienz der Krankheit zugrunde liegen. Die molekulare Diagnostik verlangt eine zuverlässliche Einteilung der VMD2 Sequenzänderungen in pathogene und nicht-pathogene Gruppen. Da der molekulare Pathomechanismus zurzeit weitgehend ungeklärt ist, wird die Pathogenität neuer Sequenzänderungen aufgrund bereits bekannter Mutationen eingestuft. Es wurde daher eine öffentlich zugängliche VMD2 Mutationsdatenbank eingerichtet (http://www.uni-wuerzburg.de/humangenetics/vmd2.html), in der die wachsende Zahl an Mutationen, Sequenzvarianten und Polymorphismen gesammelt und verwaltet wird. „Missense“ Mutationen können die Proteinfunktion auf verschiedene Weise beeinträchtigen. Geeignete molekulare Assays wurden daher etabliert, um die funkionellen Auswirkungen der VMD2 Mutationen in Hinblick auf die intrazelluläre Lokalisation zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit wurde ein heterologes COS7 Expressionssystem entwickelt, es wurden verschiedene Mutationen mittels „site-directed mutagenesis“ generiert sowie Bestrophin-spezifische Antikörper hergestellt. Überraschenderweise konnte anhand von Membranfraktionierungs- und Westernblot-Analysen keine signifikanten quantitativen Unterschiede zwischen intakten und mutierten Bestrophin nachgewiesen werden. Unabhängig von Art oder Position der Mutation konnte der Einbau von mutiertem Bestrophin in die Membran gezeigt werden. Die Experimente deuten erstmalig darauf hin daß eine fehlerhafte Membranintegration als kausaler krankheitsverursachender Mechanismus ausgeschlossen werden kann. Dies liegt in Übereinstimmung mit dem dominant-negativen Effekt der Mutationen. In einem alternativen Ansatz wurde die VMD2 RFP-TM Proteinfamilie im Mausgenom identifiziert und charakterisiert. Während die Aufklärung der genomischen Struktur des Vmd2 Gens die Grundlage zur Herstellung Vmd2 transgener Mäuse darstellte (siehe unten), gewährte die Charakterisierung der eng verwandten Vmd2L1-L3 Mausgene weitere Einblicke in die Funktion des Bestrophins. Hierzu wurden bioinformatische sowie RT PCR Analysen durchgeführt. Darüber hinaus wurde die präferientielle Expression der jeweiligen Transkripte in Testis, Kolon und Skelettmuskel sowie Augengewebe anhand von „real-time quantitative“ RT PCR nachgewiesen. Interessanterweise stellt Vmd2L2 wahrscheinlich ein funktionell inaktives Pseudogen dar. Ähnlich wie sein humanes Gegenstück wird das Maus Vmd2L3- Transkript auf mRNA Ebene differentiell prozessiert. Mausmodelle für Morbus Best stellen grundlegende Hilfsmittel dar, die Pathophysiology von Bestrophin in vivo zu untersuchen. Es wurde die Herstellung zweier verschiedener Mauslinien initiiert: zum einen ein Vmd2-defizientes „knock-out“ Modell, zum anderen eine „knock-in“ Maus, die eine humane krankheitsassoziierte Mutation (Tyr227Asn) im mausorthologen Gen trägt. Die entsprechenden Konstrukte wurden hergestellt und in ES Zellen eingeschleust. Ausgehend von bislang vier isolierten ES Klonen, die den Vmd2+/- Genotyp tragen, können nun in nachfolgenden Schritten chimäre Tiere generiert werden. Die resultierenden Mauslinien repräsentieren neue experimentelle Ansätze, die funktionelle Rolle des Bestrophins in Morbus Best sowie in der Entwicklung und Physiologie des RPEs aufzukären.
KW  - Best-Krankheit
KW  - Genmutation
KW  - Morbus Best
KW  - BMD
KW  - VMD2
KW  - Makuladegeneration
KW  - Mausmodell
KW  - Best Disease
KW  - BMD
KW  - VMD2
KW  - macular degeneration
KW  - mouse model
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5761
ER  -