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Zelluläre Regulation und klinische Aspekte des monocyten-/macrophagenspezifischen Proteins CD163
(2005)
In der vorliegenden Arbeit wurde die zelluläre Regulation des monocyten-/ macrophagenspezifischen Oberflächenproteins CD163 untersucht und klinische Aspekte der löslichen Form des CD163 (sCD163) diskutiert. sCD163 wird in vivo durch einen inflammatorischen Reiz von der Zelloberfläche abgespalten. Bislang waren jedoch noch keine Mediatoren charakterisiert worden, die immer unter Entzündungsbedingungen vorhanden sind. In den eigenen Untersuchungen des Shedding von CD163 konnten für die Generierung des sCD163 neue endogene Aktivatoren identifiziert werden. Sowohl reaktive Sauerstoffspezies, wie Wasserstoffperoxid oder Stickstoffmonoxid, als auch das Produkt von endogenen Oxidationsreaktionen mit reaktiven Sauerstoffspezies 8-iso Prostaglandin F2a erwiesen sich als potente Aktivatoren des Shedding von CD163. Neben den bekannten physiologischen Funktionen des 8-iso Prostaglandin F2a konnte erstmals eine neue Funktion bei Entzündungen definiert werden. Dieser Effekt wurde spezifisch durch 8-iso Prostaglandin F2a hervorgerufen, da das isomere Prostaglandin F2a unter gleichen Bedingungen keinen Einfluss auf das Shedding von CD163 ausübte. Das Immunsuppressivum Cyclosporin A konnte ebenfalls als Induktor des Shedding von CD163 ermittelt werden. Damit konnte zusätzlich zur bekannten immunmodulatorischen Wirkung des Cyclosporin A eine weitere antiinflammatorische Wirkung über Monocyten/Macrophagen aufgezeigt werden. Durch Untersuchungen der Inhibierung des Shedding von CD163 konnten Gemeinsamkeiten bezüglich der in die sCD163-Generierung involvierten Mediatoren dargestellt werden. Obwohl die untersuchten Verbindungen wahrscheinlich über unterschiedliche Signalwege das Shedding von CD163 induzieren, waren die Anwesenheit von reaktiven Sauerstoffspezies und intrazellulärem Calcium und die Beteiligung einer TIMP-3-sensitiven Metalloproteinase an diesem Prozess essentiell. Bei einem Vergleich zwischen dem Shedding von CD163 und Tumor necrosis factor-a (TNF-a) ergaben sich Gemeinsamkeiten durch die Induktion des Shedding beider Verbindungen durch 8-iso Prostaglandin F2a und in sehr viel geringerem Maße durch Wasserstoffperoxid. Im Gegensatz dazu waren deutliche Unterschiede in dem Ausmaß der induzierten Stimulation des Shedding durch Stickstoffmonoxid, Prostaglandin F2a und Cyclosporin A zu erkennen. Im Hinblick auf die entgegengesetzten Wirkungen von sCD163 als antiinflammatorisch wirkende Verbindung und TNF-a als proinflammatorisches Cytokin, konnte dargestellt werden, dass die Freisetzung durch unterschiedliche Aktivatoren erfolgt. Nach Bestimmung der Konzentrationen von sCD163 und 8-iso PGF2a in bronchoalveolärer Lavage-Flüssigkeit von Patienten mit Cystischer Fibrose konnten keine abschließende Aussagen über die Eignung beider Parameter als biologische Marker für chronische Entzündungen der Lunge bei diesen Patienten getroffen werden. Weiterführend zu der Kenntnis, dass sCD163 die antiinflammatorische Wirkung über eine Interaktion des Proteins mit humanen T-Lymphocyten und nachfolgender Hemmung der Proliferation dieser Zellen ausübt, wurde diese Wechselwirkung genauer untersucht. In quantitativen Bestimmungen des sCD163 in isolierten T-Lymphocyten verschiedener Spender konnte erstmals gezeigt werden, dass sCD163 zu einem Teil konstitutiv in die T-Lymphocyten aufgenommen wird und dass diese Aufnahme durch proinflammatorische Aktivierung der T-Lymphocyten stark gesteigert werden kann. Durch fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen unstimulierter T-Lymphocyten konnte die intrazelluläre Lokalisation des sCD163 visualisiert werden. Nach Aktivierung der Zellen mit einem proinflammatorischen Reiz fand innerhalb der Zellen eine Translokalisation des sCD163 aus dem cytoplasmatischen Bereich zur Zellmembran statt. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass abhängig vom Aktivierungsstatus der T-Lymphocyten eine Umverteilung des sCD163 innerhalb der Zellen erfolgt. Eine quantitative Bestimmung des sCD163 und seines Bindungspartners in T-Lymphocyten nichtmuskuläres Myosin Typ IIA gelang mittels eines neu entwickeltem ELISA, der spezifisch sCD163 und Myosin ausschließlich im Komplex erfasst. Damit konnte durch die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungen ein grundlegender Beitrag zur Charakterisierung der Regulation der Proteinexpression und des Shedding von CD163 in humanen Monocyten sowie der Interaktion des sCD163 mit T-Lymphocyten geleistet werden.
Here, we assessed whether 36 single nucleotide polymorphisms (SNPs) within the TNFSF4 and MAPKAPK2 loci influence the risk of developing invasive aspergillosis (IA). We conducted a two-stage case control study including 911 high-risk patients diagnosed with hematological malignancies that were ascertained through the aspBIOmics consortium. The meta-analysis of the discovery and replication populations revealed that carriers of the TNFSF4\(_{rs7526628T/T}\) genotype had a significantly increased risk of developing IA (p = 0.00022). We also found that carriers of the TNFSF4\(_{rs7526628T}\) allele showed decreased serum levels of TNFSF14 protein (p = 0.0027), and that their macrophages had a decreased fungicidal activity (p = 0.048). In addition, we observed that each copy of the MAPKAPK2\(_{rs12137965G}\) allele increased the risk of IA by 60% (p = 0.0017), whereas each copy of the MAPKAPK2\(_{rs17013271T}\) allele was estimated to decrease the risk of developing the disease (p = 0.0029). Mechanistically, we found that carriers of the risk MAPKAPK2\(_{rs12137965G}\) allele showed increased numbers of CD38+IgM-IgD- plasmablasts in blood (p = 0.00086), whereas those harboring two copies of the allele had decreased serum concentrations of thymic stromal lymphopoietin (p = 0.00097). Finally, we also found that carriers of the protective MAPKAPK2\(_{rs17013271T}\) allele had decreased numbers of CD27-IgM-IgD- B cells (p = 0.00087) and significantly lower numbers of CD14+ and CD14+CD16- cells (p = 0.00018 and 0.00023). Altogether, these results suggest a role of the TNFSF4 and MAPKAPK2 genes in determining IA risk.
Das Konzept, Insulin-produzierende Zellen als Ersatz für zerstörte Beta-Zellen beim Diabetes mellitus Typ I einzusetzen, ist auch weiterhin hoch attraktiv. Eine Alternative zur Herstellung Insulin-produzierender Zellen aus embryonalen oder adulten Stammzellen könnten in vitro modifizierte, Insulin-positive Monozyten sein. Seit längerem ist bekannt, dass sich Monozyten in Makrophagen und Dendritische Zellen differenzieren. Weniger bekannt ist, dass sich Monozyten auch in eine Vielzahl nicht-phagozytierender Zellen differenzieren können. Hierzu gehören auch Insulin-positive Zellen. Für die optimale Zelltherapie ist zu fordern, dass die Zellen nicht nur ihre Funktion im Patienten beibehalten, sondern dass von ihnen auch kein immu-nologisches Risiko ausgeht. Blutmonozyten lassen sich einfach gewinnen und stünden somit als autologer Zellersatz für eine mögliche Zelltherapie zur Verfügung. Monozyten von zwölf gesunden Spendern im Alter zwischen 23 und 57 Jahren wurden untersucht. Die Monozyten wurden durch Adhärenz angereichert und für sechs Tage in X-Medium mit den Cytokinen M-CSF und IL-3 und für weitere vier Tage in Y-Medium mit den Cytokinen HGF und EGF inkubiert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Insulin-positive Monozyten routine-mäßig aus peripheren Blutmonozyten gesunder Spender mittels Leukapharese gewinnen lassen. Frisch isolierte periphere Blutmonozyten waren vor ihrer Kultivierung negativ für Insulin und C-Peptid. Nach zehntägiger Kultur wurden 77±16% Insulin-positive und 49±30% C-Peptid-positive Monozyten nachgewiesen. Weiterhin exprimierten 60±4% der Zellen den Monozytenmarker CD14. Auch wurde gezeigt, dass die Kulturbedingungen die Ausbeute an Insulin-positiven Monozyten beeinflussen. Aus jeweils drei Millionen Insulin-positiven Monozyten wurde das Insulin isoliert und diabetischen Mäusen mit einem Blutzuckerspiegel von 300-600 mg/dL subkutan injiziert (n=8). Daraufhin sank der Blutzuckerspiegel um 51%±12% innerhalb einer Stunde. Auch Insulin-positive Monozyten, die diabetischen Mäusen subkutan injiziert wurden, waren in der Lage, den Blutzuckerspiegel bis zum Zeitpunkt Ihrer Abstoßung aktiv zu regulieren (n=4). In einem Pilotversuch wurde zudem gezeigt, dass transplantierte Insulin-positive Monozyten langfristig (> 100 Tage) den Blutzuckerspiegel einer diabetischen immuninkompetenten Maus regulieren. In dieser Arbeit wurde somit erfolgreich gezeigt, dass in vitro modifizierte Monozyten biologisch aktives Insulin enthalten.
The interplay of specific leukocyte subpopulations, resident cells and proalgesic mediators results in pain in inflammation. Proalgesic mediators like reactive oxygen species (ROS) and downstream products elicit pain by stimulation of transient receptor potential (TRP) channels. The contribution of leukocyte subpopulations however is less clear. Local injection of neutrophilic chemokines elicits neutrophil recruitment but no hyperalgesia in rats. In meta-analyses the monocytic chemoattractant, CCL2 (monocyte chemoattractant protein-1; MCP-1), was identified as an important factor in the pathophysiology of human and animal pain. In this study, intraplantar injection of CCL2 elicited thermal and mechanical pain in Wistar but not in Dark Agouti (DA) rats, which lack p47phox, a part of the NADPH oxidase complex. Inflammatory hyperalgesia after complete Freund's adjuvant (CFA) as well as capsaicin-induced hyperalgesia and capsaicin-induced current flow in dorsal root ganglion neurons in DA were comparable to Wistar rats. Macrophages from DA expressed lower levels of CCR2 and thereby migrated less towards CCL2 and formed limited amounts of ROS in vitro and 4-hydroxynonenal (4-HNE) in the tissue in response to CCL2 compared to Wistar rats. Local adoptive transfer of peritoneal macrophages from Wistar but not from DA rats reconstituted CCL2-triggered hyperalgesia in leukocyte-depleted DA and Wistar rats. A pharmacological stimulator of ROS production (phytol) restored CCL2-induced hyperalgesia in vivo in DA rats. In Wistar rats, CCL2-induced hyperalgesia was completely blocked by superoxide dismutase (SOD), catalase or tempol. Likewise, inhibition of NADPH oxidase by apocynin reduced CCL2-elicited hyperalgesia but not CFA-induced inflammatory hyperalgesia. In summary, we provide a link between CCL2, CCR2 expression on macrophages, NADPH oxidase, ROS and the development CCL2-triggered hyperalgesia, which is different from CFA-induced hyperalgesia. The study further supports the impact of CCL2 and ROS as potential targets in pain therapy.
Schmerz ist eine klassische Komponente von Entzündungsreaktionen. Im Rahmen des Entzündungsgeschehens werden Zytokine und Chemokine freigesetzt, die Leukozyten zum Entzündungsort rekrutieren. Über die Freisetzung weiterer proalgetischer Mediatoren tragen diese zur Aktivierung und Sensitivierung von Nozizeptoren und damit zur Schmerzentstehung bei. Das Monozyten-rekrutierende Chemokin CCL2 verursachte in Verhaltensexperimenten eine Hyperalgesie bei Ratten. Die Hyperalgesie war durch den Cox-2 Inhibitor Parecoxib vollständig reversibel. Daher wurde in dieser Arbeit die Rolle von Monozyten und Prostaglandinen in der Entstehung dieser Hyperalgesie untersucht. Dazu wurde in vitro die Cox-2 Expression und die Prostaglandin-Bildung in humanen Monozyten und Peritonealmakrophagen der Ratte nach CCL2 Stimulation bestimmt. Zudem wurde in vivo die Cox-2 Expression im Rückenmark und in der Rattenpfote nach CCL2 Injektion in die Pfote untersucht.
Influenza A virus (IAV) infection causes an acute respiratory disease characterized by a strong inflammatory immune response and severe immunopathology. Proinflammatory mechanisms are well described in the murine IAV infection model, but less is known about the mechanisms leading to the resolution of inflammation. Here, we analyzed the contribution of CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells to this process. An accumulation of CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells within the lungs was observed during the course of IAV infection. Phenotypic characterization of these CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells by flow cytometry and RNA-Seq revealed an activated phenotype showing both pro- and anti-inflammatory features, including the expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS) by a fraction of cells in an IFN-γ-dependent manner. Moreover, CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells isolated from lungs of IAV-infected animals displayed suppressive activity when tested in vitro, and iNOS inhibitors could abrogate this suppressive activity. Collectively, our data suggest that during IAV infection, CD11b\(^{+}\)Ly6C\(^{++}\)Ly6G\(^{-}\) cells acquire immunoregulatory function, which might contribute to the prevention of pathology during this life-threatening disease.
Dendritic cells (DCs) and macrophages (Mph) share many characteristics as components of the innate immune system. The criteria to classify the multitude of subsets within the mononuclear phagocyte system are currently phenotype, ontogeny, transcription patterns, epigenetic adaptations, and function. More recently, ontogenetic, transcriptional, and proteomic research approaches uncovered major developmental differences between Flt3L-dependent conventional DCs as compared with Mphs and monocyte-derived DCs (MoDCs), the latter mainly generated in vitro from murine bone marrow-derived DCs (BM-DCs) or human CD14\(^{+}\) peripheral blood monocytes. Conversely, in vitro GM-CSF-dependent monocyte-derived Mphs largely resemble MoDCs whereas tissue-resident Mphs show a common embryonic origin from yolk sac and fetal liver with Langerhans cells (LCs). The novel ontogenetic findings opened discussions on the terminology of DCs versus Mphs. Here, we bring forward arguments to facilitate definitions of BM-DCs, MoDCs, and LCs. We propose a group model of terminology for all DC subsets that attempts to encompass both ontogeny and function.
Immune cells (IC) play a crucial role in murine stroke pathophysiology. However, data are limited on the role of these cells in ischemic stroke in humans. We therefore aimed to characterize and compare peripheral IC subsets in patients with acute ischemic stroke/transient ischemic attack (AIS/TIA), chronic cerebrovascular disease (CCD) and healthy volunteers (HV). We conducted a case-control study of patients with AIS/TIA (n = 116) or CCD (n = 117), and HV (n = 104) who were enrolled at the University Hospital Würzburg from 2010 to 2013. We determined the expression and quantity of IC subsets in the three study groups and performed correlation analyses with demographic and clinical parameters. The quantity of several IC subsets differed between the AIS/TIA, CCD, and HV groups. Several clinical and demographic variables independently predicted the quantity of IC subsets in patients with AIS/TIA. No significant changes in the quantity of IC subsets occurred within the first three days after AIS/TIA. Overall, these findings strengthen the evidence for a pathophysiologic role of IC in human ischemic stroke and the potential use of IC-based biomarkers for the prediction of stroke risk. A comprehensive description of IC kinetics is crucial to enable the design of targeted treatment strategies.
Macrophages predominate the inflammatory landscape within multiple sclerosis (MS) lesions, not only regarding cellularity but also with respect to the diverse functions this cell fraction provides during disease progression and remission. Researchers have been well aware of the fact that the macrophage pool during central nervous system (CNS) autoimmunity consists of a mixture of myeloid cells. Yet, separating these populations to define their unique contribution to disease pathology has long been challenging due to their similar marker expression. Sophisticated lineage tracing approaches as well as comprehensive transcriptome analysis have elevated our insight into macrophage biology to a new level enabling scientists to dissect the roles of resident (microglia and non-parenchymal macrophages) and infiltrating macrophages with unprecedented precision. To do so in an accurate way, researchers have to know their toolbox, which has been filled with diverse, discriminating approaches from decades of studying neuroinflammation in animal models. Every method has its own strengths and weaknesses, which will be addressed in this review. The focus will be on tools to manipulate and/or identify different macrophage subgroups within the injured murine CNS.
Upon systemic infection with human pathogenic yeast Candida albicans (C. albicans), human monocytes and polymorph nuclear neutrophilic granulocytes are the first immune cells to respond and come into contact with C. albicans. Monocytes exert immediate candidacidal activity and inhibit germination, mediate phagocytosis, and kill fungal cells. Here, we show that human monocytes spontaneously respond to C. albicans cells via phagocytosis, decondensation of nuclear DNA, and release of this decondensed DNA in the form of extracellular traps (called monocytic extracellular traps: MoETs). Both subtypes of monocytes (CD14\(^{++}\)CD16\(^−\)/CD14\(^+\)CD16\(^+\)) formed MoETs within the first hours upon contact with C. albicans. MoETs were characterized by the presence of citrullinated histone, myeloperoxidase, lactoferrin, and elastase. MoETs were also formed in response to Staphylococcus aureus and Escherichia coli, indicating a general reaction of monocytes to infectious microbes. MoET induction differs from extracellular trap formation in macrophages as MoETs are not triggered by simvastatin, an inhibitor of cholesterol synthesis and inducer of extracellular traps in macrophages. Extracellular traps from both monocytes and neutrophils activate complement and C3b is deposited. However, factor H (FH) binds via C3b to the extracellular DNA, mediates cofactor activity, and inhibits the induction of the inflammatory cytokine interleukin-1 beta in monocytes. Altogether, the results show that human monocytes release extracellular DNA traps in response to C. albicans and that these traps finally bind FH via C3b to presumably support clearance without further inflammation.