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Background
Regulatory CD4\(^+\)CD25\(^+\)FoxP3\(^+\) T cells (Treg) are a subgroup of T lymphocytes involved in maintaining immune balance. Disturbance of Treg number and impaired suppressive function of Treg correlate with Parkinson’s disease severity. Superagonistic anti-CD28 monoclonal antibodies (CD28SA) activate Treg and cause their expansion to create an anti-inflammatory environment.
Methods
Using the AAV1/2-A53T-α-synuclein Parkinson’s disease mouse model that overexpresses the pathogenic human A53T-α-synuclein (hαSyn) variant in dopaminergic neurons of the substantia nigra, we assessed the neuroprotective and disease-modifying efficacy of a single intraperitoneal dose of CD28SA given at an early disease stage.
Results
CD28SA led to Treg expansion 3 days after delivery in hαSyn Parkinson’s disease mice. At this timepoint, an early pro-inflammation was observed in vehicle-treated hαSyn Parkinson’s disease mice with elevated percentages of CD8\(^+\)CD69\(^+\) T cells in brain and increased levels of interleukin-2 (IL-2) in the cervical lymph nodes and spleen. These immune responses were suppressed in CD28SA-treated hαSyn Parkinson’s disease mice. Early treatment with CD28SA attenuated dopaminergic neurodegeneration in the SN of hαSyn Parkinson’s disease mice accompanied with reduced brain numbers of activated CD4\(^+\), CD8\(^+\) T cells and CD11b\(^+\) microglia observed at the late disease-stage 10 weeks after AAV injection. In contrast, a later treatment 4 weeks after AAV delivery failed to reduce dopaminergic neurodegeneration.
Conclusions
Our data indicate that immune modulation by Treg expansion at a timepoint of overt inflammation is effective for treatment of hαSyn Parkinson’s disease mice and suggest that the concept of early immune therapy could pose a disease-modifying option for Parkinson’s disease patients.
Die Arteriosklerose ist ein chronisch entzündlicher Prozess der Gefäßwand, in dem CD4+CD25+FoxP3+ regulatorische T-Zellen („\(T_{reg}\)“) eine atheroprotektive Rolle spielen. Durch exogenen \(T_{reg}\)-Transfer konnten andere Gruppen eine Reduktion der Arteriosklerose nachweisen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Aktivität der endogenen Treg durch spezielle Antikörper modifiziert, ihr Einfluss auf die Entwicklung arteriosklerotischer Plaques in ApoEko-Mäusen untersucht sowie eine mögliche Abhängigkeit dieser Wirkung vom zellulären Immunstatus des Wirts geprüft.
Im Abstand von 28 Tagen wurde weiblichen ApoEko-Mäusen zweimal der CD28-spezifische superagonistische monoklonale Antikörper D665 injiziert, um eine polyklonale Vermehrung ihrer \(T_{reg}\) anzuregen. In einer zweiten Versuchsreihe wurden endogene \(T_{reg}\) zweimal im Abstand von 28 Tagen durch Gabe eines CD25-spezifischen Antikörpers (PC61) zunächst depletiert und jeweils 7 Tage später durch D665 geboostert, um den Effekt der \(T_{reg}\) auf ein initial Treg defizientes Tiermodell zu testen. Verglichen wurde mit der alleinigen Treg-Depletion durch PC61 sowie mit einem Kontrollantikörper (Isotyp-IgG, MOPC). Die Quantifizierung der Arterioskleroseentwicklung erfolgte mittels Planimetrie der Plaquefläche der Aorta. Die Wirksamkeit der Antikörper auf die \(T_{reg}\)-Konzentrationen wurde mittels FACS-Analysen aus Blut und Milz untersucht.
Nach alleiniger \(T_{reg}\)-Amplifikation durch D665-Injektion zeigte sich kein Unterschied in der prozentualen Plaquefläche im Vergleich zur Kontrollgruppe. Auch eine alleinige Depletion mit PC61 zeigte keine Veränderungen in der Läsionsfläche. Durch Kombination beider Antikörper jedoch kam es nach Treg-Depletion mittels PC61, gefolgt von Treg-stimulierender D665-Behandlung, zu einer signifikanten Verminderung der prozentualen Plaquefläche der Aorta um 32,02% im Vergleich zur MOPC Kontrolle und um 28,73% im Vergleich zur alleinigen \(T_{reg}\)-Depletion mit PC61+MOPC. Die FACS-Analysen bestätigten eine signifikante Depletion durch PC61-Injektion sowie eine signifikante Zunahme der Treg eine Woche nach D665-Injektion.
Die Stimulation regulatorischer T-Zellen in einem Treg-defizienten arteriosklerotischen Tiermodell reduzierte die aortale arteriosklerotische Läsionsfläche signifikant. In der immunkompetenten ApoEko Maus jedoch bewirkte die alleinige Vermehrung oder die alleinige Depletion regulatorischer T-Zellen keine messbare Veränderung in der Plaqueentwicklung. Diese Arbeit zeigt, dass ein Zusammenhang zwischen der Wirksamkeit regulatorischer T-Zellen und der inflammatorischen Veränderung der Gefäßwand besteht.
Multiple activities are ascribed to the cytokine tumor necrosis factor (TNF) in health and disease. In particular, TNF was shown to affect carcinogenesis in multiple ways. This cytokine acts via the activation of two cell surface receptors, TNFR1, which is associated with inflammation, and TNFR2, which was shown to cause anti-inflammatory signaling. We assessed the effects of TNF and its two receptors on the progression of pancreatic cancer by in vivo bioluminescence imaging in a syngeneic orthotopic tumor mouse model with Panc02 cells. Mice deficient for TNFR1 were unable to spontaneously reject Panc02 tumors and furthermore displayed enhanced tumor progression. In contrast, a fraction of wild type (37.5%), TNF deficient (12.5%), and TNFR2 deficient mice (22.2%) were able to fully reject the tumor within two weeks. Pancreatic tumors in TNFR1 deficient mice displayed increased vascular density, enhanced infiltration of CD4+ T cells and CD4+ forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory T cells (Treg) but reduced numbers of CD8+ T cells. These alterations were further accompanied by transcriptional upregulation of IL4. Thus, TNF and TNFR1 are required in pancreatic ductal carcinoma to ensure optimal CD8+ T cell-mediated immunosurveillance and tumor rejection. Exogenous systemic administration of human TNF, however, which only interacts with murine TNFR1, accelerated tumor progression. This suggests that TNFR1 has basically the capability in the Panc02 model to trigger pro-and anti-tumoral effects but the spatiotemporal availability of TNF seems to determine finally the overall outcome.
T cell activation represents a double-edged sword in atherogenesis, as it promotes both pro-inflammatory T cell activation and atheroprotective Foxp3(+) regulatory T cell (Treg) responses. Here, we investigated the role of the co-inhibitory receptor programmed cell death-1 (PD-1) in T cell activation and CD4(+) T cell polarization towards pro-atherogenic or atheroprotective responses in mice. Mice deficient for both low density lipoprotein receptor and PD-1 (Ldlr(-/-)Pd1(-/-)) displayed striking increases in systemic CD4(+) and CD8(+) T cell activation after 9 weeks of high fat diet feeding, associated with an expansion of both pro-atherogenic IFNγ-secreting T helper 1 cells and atheroprotective Foxp3+ Tregs. Importantly, PD-1 deficiency did not affect Treg suppressive function in vitro. Notably, PD-1 deficiency exacerbated atherosclerotic lesion growth and entailed a massive infiltration of T cells in atherosclerotic lesions. In addition, aggravated hypercholesterolemia was observed in Ldlr(-/-)Pd1(-/-) mice. In conclusion, we here demonstrate that although disruption of PD-1 signaling enhances both pro- and anti-atherogenic T cell responses in Ldlr(-/-) mice, pro-inflammatory T cell activation prevails and enhances dyslipidemia, vascular inflammation and atherosclerosis.
Toleranz gegenüber Selbstantigenen in den peripheren Geweben kann durch CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatorische T-Zellen (Tregs) vermittelt werden. Diese Zellen entstehen entweder in Folge der thymischen T-Zellselektion (natürlich vorkommende Tregs, nTreg) oder durch Konversion aus naiven T-Zellen in den peripheren lymphatischen Organen (induzierte Tregs, iTregs). Im Vorfeld der Arbeit war bereits bekannt, dass Dendritische Zellen (DZ) eine wichtige Rolle bei der Generierung von iTreg spielen. Allerdings bestand weitestgehend Unklarheit darüber, welche DZ in welchem Reifungszustand dazu in der Lage sind, iTregs gegen peripher-exprimierte Selbstantigene zu induzieren. Steady-state migratorische DZ (ssmDZ) gelten in dieser Hinsicht als potentielle Kandidaten, da bekannt ist, dass diese DZ bereits unter homöostatischen Bedingungen Selbstantigene aus peripheren Geweben in die drainierenden Lymphknoten transportieren und dort T-Zellen präsentieren können. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, den Phänotyp und die tolerogene Kapazität der ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten näher zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass ssmDZ einen semireifen MHC IIint CD40hi CD80/CD86int CCR7+ Phänotyp aufweisen und in vitro mit Hilfe von endogenem TGF-β iTregs induzieren können. Darüber hinaus belegt diese Arbeit zusammen mit weiteren Daten aus unserer Arbeitsgruppe, dass ssmDZ in transgenen K5mOVA-Mäusen zellassoziertes epidermales OVA aus der Haut in die drainierenden Lymphknoten transportieren und dort an CD4+ OVA-spezifische TZR-transgene OT-II T-Zellen präsentieren können. Innerhalb der ssmDZ konnten die Langerin+ dermalen DZ als die DZ-Subpopulation eingegrenzt werden, die für die Konversion von naiven OT-II T-Zellen in CD4+ CD25+ Foxp3+ iTregs verantwortlich war. Ferner zeigte sich, dass CD103 nicht als Marker für ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten herangezogen werden kann. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war, herauszufinden, welchen Einfluss der Transkriptionsfaktor RelB auf die partielle Reifung und Migration der ssmDZ hat. RelB ist ein Mitglied der NF-κB-Familie und wird mit der Reifung von DZ in Verbindung gebracht. Erste Experimente zeigten eine nukleäre Translokation von RelB in ssmDZ sowie eine verringerte Frequenz dieser DZ in den hautdrainierenden Lymphknoten von relB+/- Mäusen und Mäusen mit einer Defizienz für den RelB-Bindungspartner p52. Allerdings konnte bei Mäusen mit einer DZ-spezifischen RelB-Inaktivierung (RelBDCko Mäuse) eine erhöhte Frequenz an ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten festgestellt, die nicht auf einer Zunahme an DZ in der Haut der Tiere zurückzuführen war. Diese Ergebnisse legen einerseits die Vermutung nahe, dass es sich bei den beobachteten Effekte in den relB+/- Mäusen um DZ-extrinsische Auswirkungen auf die ssmDZ handelt. Andererseits scheint RelB unter homöostatischen Bedingungen die Erhaltung und Migration der ssmDZ eher negativ zu beeinflussen. Weitere durchflusszytometrische Analysen wiesen zudem darauf hin, dass RelB in ssmDZ die Expression von Reifungsmarkern nur partiell reguliert. So konnte auf den ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten von RelBDCko Mäusen eine erhöhte Expression von CD40 beobachtet werden, während andere Reifungsmarker wie MHC II, CD80 und CD86 nicht signifikant in ihrer Expression betroffen waren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zudem untersucht, wie sich eine RelB-Defizienz in DZ auf die Homöostase und Induktion von Tregs auswirkt. Die hierzu analysierten RelBDCko Mäuse wiesen eine erhöhte Frequenz und absolute Zellzahl an Tregs in allen untersuchten lymphatischen Organen (hautdrainierende Lymphknoten, Milz und Thymus) auf. Darüber hinaus war in diesen Organen auch eine verstärkte Proliferation der Tregs gegenüber den Kontrolltieren festzustellen. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Proliferation der Tregs in RelBDCko Mäusen in den hautdrainierenden Lymphknoten sogar stärker ausfiel als in der Milz. RelB scheint somit die tolerogene Kapazität der DZ zur Regulation der Treg-Expansion im Thymus und in der Peripherie zu beeinflussen. Unter Verwendung von neutralisierenden αIL-2-Antikörpern konnte zudem belegt werden, dass die periphere Proliferation der Tregs in den RelBDCko Mäusen von IL-2 abhängig ist. Damit einhergehend zeigten erste Vorversuche eine erhöhte IL-2-Produktion in den peripheren lymphatischen Organen von RelBDCko Mäusen. Zusammenfassend legen die Daten dieser Arbeit den Schluss nahe, dass ssmDZ in den hautdrainierenden Lymphknoten in der Lage sind, Toleranz durch Induktion von iTregs gegen epidermale Selbstantigene zu induzieren. Untersuchungen an neuartigen Mäusen mit einer konditionalen RelB-Inaktivierung spezifisch in DZ deuten darauf hin, dass die Migration und Reifung von ssmDZ partiell durch RelB reguliert wird. Da Tregs eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der peripheren Toleranz einnehmen, ist die Beobachtung, dass eine RelB-Defizienz in allen DZ zu einer verstärkten Treg-Proliferation und somit zu einer veränderten Treg-Homöostase führt, ein intererssanter Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen.
Thymus-derived natural Foxp3\(^{+}\) CD4\(^{+}\) regulatory T cells (nTregs) play a key role in maintaining immune tolerance and preventing autoimmune disease. Several studies indicate that dendritic cells (DCs) are critically involved in the maintenance and proliferation of nTregs. However, the mechanisms how DCs manage to keep the peripheral pool at constant levels remain poorly understood. Here, we describe that the NF-κB/Rel family transcription factor RelB controls the frequencies of steady-state migratory DCs (ssmDCs) in peripheral lymph nodes and their numbers control peripheral nTreg homeostasis. DC-specific RelB depletion was investigated in CD11c-Cre × RelB\(^{fl/fl}\) mice (RelB\(^{DCko}\)), which showed normal frequencies of resident DCs in lymph nodes and spleen while the subsets of CD103\(^{-}\) Langerin\(^{-}\) dermal DCs (dDCs) and Langerhans cells but not CD103\(^{+}\) Langerin\(^{+}\) dDC of the ssmDCs in skin-draining lymph nodes were increased. Enhanced frequencies and proliferation rates were also observed for nTregs and a small population of CD4\(^{+}\) CD44\(^{high}\) CD25\(^{low}\) memory-like T cells (Tml). Interestingly, only the Tml but not DCs showed an increase in IL-2-producing capacity in lymph nodes of RelB\(^{DCko}\) mice. Blocking of IL-2 in vivo reduced the frequency of nTregs but increased the Tml frequencies, followed by a recovery of nTregs. Taken together, by employing RelB\(^{DCko}\) mice with increased frequencies of ssmDCs our data indicate a critical role for specific ssmDC subsets for the peripheral nTreg and IL-2\(^{+}\) Tml frequencies during homeostasis.
In der vorliegenden Arbeit wurden die in-vivo-Effekte eines „superagonistischen“ mAks mit Spezifität für den kostimulierenden Rezeptor CD28 der Ratte untersucht. Dieser Antikörper unterscheidet sich von konventionellen CD28-spezifischen mAk durch seine Fähigkeit, T Zellen auch ohne Ligation des TZR und damit polyklonal zu aktivieren. Die so ausgelöste Expansion der T Zellen verläuft so schnell und effizient wie eine durch Antigen gesteuerte Proliferation; die überproportionale Vermehrung anti-inflammatorischer regulatorischer T Zellen während der initialen Expansionsphase ist vermutlich für das Ausbleiben toxischer Effekte im Zuge der polyklonalen TZellvermehrung verantwortlich.
Regulatory T cells (Tregs) prevent autoimmunity but limit antitumor immunity. The canonical NF-\(\kappa\)B signaling pathway both activates immunity and promotes thymic Treg development. Here, we report that mature Tregs continue to require NF-\(\kappa\)B signaling through I\(\kappa\)B-kinase \(\beta\) (IKK\(\beta\)) after thymic egress. Mice lacking IKK\(\beta\) in mature Tregs developed scurfy-like immunopathology due to death of peripheral FoxP3\(^+\) Tregs. Also, pharmacological IKK\(\beta\) inhibition reduced Treg numbers in the circulation by ~50% and downregulated FoxP3 and CD25 expression and STAT5 phosphorylation. In contrast, activated cytotoxic T lymphocytes (CTLs) were resistant to IKK\(\beta\) inhibition because other pathways, in particular nuclear factor of activated T cells (NFATc1) signaling, sustained their survival and expansion. In a melanoma mouse model, IKK\(\beta\) inhibition after CTL cross-priming improved the antitumor response and delayed tumor growth. In conclusion, prolonged IKK\(\beta\) inhibition decimates circulating Tregs and improves CTL responses when commenced after tumor vaccination, indicating that IKK\(\beta\) represents a druggable checkpoint.
By virtue of mitochondrial control of energy production, reactive oxygen species (ROS) generation, and maintenance of Ca\(^{2+}\) homeostasis, mitochondria play an essential role in modulating T cell function. The mitochondrial Ca\(^{2+}\) uniporter (MCU) is the pore-forming unit in the main protein complex mediating mitochondrial Ca\(^{2+}\) uptake. Recently, MCU has been shown to modulate Ca\(^{2+}\) signals at subcellular organellar interfaces, thus fine-tuning NFAT translocation and T cell activation. The mechanisms underlying this modulation and whether MCU has additional T cell subpopulation-specific effects remain elusive. However, mice with germline or tissue-specific ablation of Mcu did not show impaired T cell responses in vitro or in vivo, indicating that ‘chronic’ loss of MCU can be functionally compensated in lymphocytes. The current work aimed to specifically investigate whether and how MCU influences the suppressive potential of regulatory CD4 T cells (Treg). We show that, in contrast to genetic ablation, acute siRNA-mediated downregulation of Mcu in murine Tregs results in a significant reduction both in mitochondrial Ca\(^{2+}\) uptake and in the suppressive capacity of Tregs, while the ratios of Treg subpopulations and the expression of hallmark transcription factors were not affected. These findings suggest that permanent genetic inactivation of MCU may result in compensatory adaptive mechanisms, masking the effects on the suppressive capacity of Tregs.
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.