Kay Gerold

• Type 1 diabetes is an autoimmune disease that leads to the destruction of insulin-producing pancreatic beta cells and consequently to hyperglycemia. In the last 60 years, the prevalence of type 1 diabetes has been increasing constantly and is predicted to continue rising. About 80% of the disease risk is attributable to the genetic variation. Thanks to genome wide association studies the number of known disease-associated polymorphisms climbed from five to 53 in the last 10 years. As these studies reveal possible candidate genes but notType 1 diabetes is an autoimmune disease that leads to the destruction of insulin-producing pancreatic beta cells and consequently to hyperglycemia. In the last 60 years, the prevalence of type 1 diabetes has been increasing constantly and is predicted to continue rising. About 80% of the disease risk is attributable to the genetic variation. Thanks to genome wide association studies the number of known disease-associated polymorphisms climbed from five to 53 in the last 10 years. As these studies reveal possible candidate genes but not underlying mechanisms we strove to take the next step and explore the association of two genes suggested by these studies with type 1 diabetes. As a method of choice we decided to use lentiviral RNAi in non obese diabetic (NOD) mice, a widely-used model for type 1 diabetes, introducing a shRNA directed against the target message into the genome of this mouse strain via a lentivirus. This allowed us to study the partial loss-of-function of the target gene within the context of diabetes, directly seeing its effect on autoimmune mechanisms. In this thesis we examined two different genes in this manner, Ctla4 and Clec16a. A type 1 diabetes associated polymorphism in the CTLA4 gene had been found to alter the splicing ratio of its variants soluble CTLA-4 (sCTLA-4) and full length CTLA-4, the associated allele producing less sCTLA-4 than the protective allele. We mimicked this effect by specifically targeting the sCtla4 mRNA via lentiviral RNAi in the NOD model. As a result we could confirm the reduction of sCTLA-4 to accelerate type 1 diabetes development. Furthermore we could show a function of sCTLA-4 in regulatory T cells, more specifically at least partly in their ability to modulate costimulation by antigen presenting cells. The second candidate gene, Clec16a was targeted with the shRNA in a way that was designed to knock down most splice variants. As the gene function and the effect of the associated SUMMARY 10 polymorphism was unknown, we reasoned this method to be feasible to investigate its role in type 1 diabetes. The knockdown of Clec16a in NOD mice resulted in an almost complete protection from diabetes development that could be attributed to T cells dysfunction. However, as expression patterns and a study of the Drospophila orthologue suggested a possible role of CLEC16A in antigen presentation we also examined antigen presenting cells in the thymus and periphery. Although we did not detect any effect of the knockdown on peripheral antigen presenting cells, thymic epithelial cells were clearly affected by the loss of CLEC16A, rendering them more activated and shifting the ratio of cortical to medullary epithelial cells in favor of cortical cells. We therefore suggest a role of CLEC16A in the selection of T cells, that needs, however, to be further investigated. In this thesis we provided a feasible and fast method to study function of genes and even of single splice variants within the NOD mouse model. We demonstrate its usefulness on two candidate genes associated with type 1 diabetes by confirming and unraveling the cause of their connection to the disease.…
• Typ 1 Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung, bei der es zur Zerstörung von pankreatischen beta-Zellen und daraus folgend zu einer Hyperglykämie kommt. In den letzten 60 Jahren stieg die Diabetes Prävalenz stetig an und Studien sagen voraus, dass sich dieser Trend in Zukunft noch stärker fortsetzen wird. Man geht davon aus, dass ca. 80% des Erkrankungsrisikos für autoimmunen Diabetes genetischer Natur sind. Dank Genom-weiter Assoziationsstudien wurde dieser Beitrag gerade in den letzten zehn Jahren immer weiter aufgeklärt und bis heute wurden 53Typ 1 Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung, bei der es zur Zerstörung von pankreatischen beta-Zellen und daraus folgend zu einer Hyperglykämie kommt. In den letzten 60 Jahren stieg die Diabetes Prävalenz stetig an und Studien sagen voraus, dass sich dieser Trend in Zukunft noch stärker fortsetzen wird. Man geht davon aus, dass ca. 80% des Erkrankungsrisikos für autoimmunen Diabetes genetischer Natur sind. Dank Genom-weiter Assoziationsstudien wurde dieser Beitrag gerade in den letzten zehn Jahren immer weiter aufgeklärt und bis heute wurden 53 mit Typ 1 Diabetes assozierte Polymorphismen identifiziert. Da diese Studien es nur leisten können, mögliche Kandidatengene aufzuzeigen, allerdings keine Aussagen über die zugrunde liegenden Krankheitsmechanismen machen können, haben wir es uns zum Ziel gesetzt diesen nächsten Schritt zu gehen und zwei der durch diese Studien vorgeschlagenen Gene auf ihre Rolle in der Typ 1 Diabetes Ätiologie zu untersuchen. Unsere Methode der Wahl war die lentivirale RNA Interferenz im Mausmodell der nonobese diabetic mouse (NOD). Via lentiviralen Vektoren wird die Information für eine shRNA, die an die mRNA des Zielgenes bindet, in das Empfängergenom integriert. Die daraus folgende Herabregulierung der Ziel-mRNA erlaubt es uns den Effekt dieser fehlenden Geninformation auf die Immunregulation zu analysieren. Auf diese Weise wurden in dieser Thesis zwei Kandidatengene untersucht, Ctla4 und Clec16a. Der mit Typ 1 Diabetes assoziierte Polymorphismus im CTLA4 Gen verursacht eine Verschiebung im Splice Verhältnis der beiden Isoformen im Menschen, soluble CTLA-4 (sCTLA-4) und full length CTLA-4, zu Gunsten der full length Variante. Im NOD Mausmodell konnte diese Verschiebung durch eine Einführung einer gegen sCtla4 gerichteten shRNA nachgeahmt werden. In Folge dessen konnten wir bestätigen, dass eine eduzierung der sCTLA-4 Variante die Typ 1 Diabetes Entwicklung beschleunigt. Zudem ZUSAMMENFASSUNG 12 konnten wir eine Rolle von sCTLA-4 in der Funktion von regulatorischen T Zellen, genauer in deren Fähigkeit die Kostimulation durch Antigen präsentierenden Zellen zu modulieren, zeigen. Bei dem zweiten Gen, das in dieser Thesis untersucht wurde handelte sich um Clec16a. Es wurde von einer shRNA herunterreguliert, die den Großteil der Varianten abdeckt, da die Funktion des Genes, sowie die Auswirkungen des assoziierten Polymorphismus unbekannt waren. Der Knockdown von Clec16a in der NOD Maus verursachte einen fast vollständigen Schutz vor Diabetes, der im weiteren Verlauf den T Zellen zugerechnet werden konnte. Allerdings hatten das Expressionsmuster, sowie eine Studie am Drosophila Ortholog ema eine Rolle von CLEC16A in Antigen präsentierenden Zellen impliziert. Folglich untersuchten wir die Möglichkeit, dass diese Zellgruppe in der Peripherie oder im Thymus durch den CLEC16A Mangel beeinträchtigt sein könnten. Tatsächlich wies die Zellgruppe, die im Thymus für die Selektion von T Zellen zuständig ist einen erhöhten Aktivierungsstatus auf, was auf eine modifizierte T Zell Selektion hindeuten könnte. Mit dieser Arbeit konnten wir eine praktikable und schnelle Methode, für die funktionelle Analyse von Genen und sogar einzelnen Splice Varianten, aufzeigen. Wir konnten ihren Nutzen weiterhin an zwei mit Typ 1 Diabetes assoziierten Kandidatengenen unter Beweis stellen, indem wir so die Assoziation bestätigen und Licht auf die zugrunde liegenden Mechanismen werfen konnten.…