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Background:
Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous system (CNS) for which several new treatment options were recently introduced. Among them is the monoclonal anti-CD52 antibody alemtuzumab that depletes mainly B cells and T cells in the immune periphery. Considering the ongoing controversy about the involvement of B cells and in particular the formation of B cell aggregates in the brains of progressive MS patients, an in-depth understanding of the effects of anti-CD52 antibody treatment on the B cell compartment in the CNS itself is desirable.
Methods:
We used myelin basic protein (MBP)-proteolipid protein (PLP)-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in C57BL/6 (B6) mice as B cell-dependent model of MS. Mice were treated intraperitoneally either at the peak of EAE or at 60 days after onset with 200 μg murine anti-CD52 vs. IgG2a isotype control antibody for five consecutive days. Disease was subsequently monitored for 10 days. The antigen-specific B cell/antibody response was measured by ELISPOT and ELISA. Effects on CNS infiltration and B cell aggregation were determined by immunohistochemistry. Neurodegeneration was evaluated by Luxol Fast Blue, SMI-32, and Olig2/APC staining as well as by electron microscopy and phosphorylated heavy neurofilament serum ELISA.
Results:
Treatment with anti-CD52 antibody attenuated EAE only when administered at the peak of disease. While there was no effect on the production of MP4-specific IgG, the treatment almost completely depleted CNS infiltrates and B cell aggregates even when given as late as 60 days after onset. On the ultrastructural level, we observed significantly less axonal damage in the spinal cord and cerebellum in chronic EAE after anti-CD52 treatment.
Conclusion:
Anti-CD52 treatment abrogated B cell infiltration and disrupted existing B cell aggregates in the CNS.
Voltage-gated calcium channels (VGCCs) are widely distributed within the central nervous system (CNS) and presumed to play an important role in the pathophysiology of a broad spectrum of CNS disorders including Alzheimer’s and Parkinson’s disease as well as multiple sclerosis. Several calcium channel blockers have been in clinical practice for many years so that their toxicity and side effects are well studied. However, these drugs are primarily used for the treatment of cardiovascular diseases and most if not all effects on brain functions are secondary to peripheral effects on blood pressure and circulation. While the use of calcium channel antagonists for the treatment of CNS diseases therefore still heavily depends on the development of novel strategies to specifically target different channels and channel subunits, this review is meant to provide an impulse to further emphasize the importance of future research towards this goal.
CD4 T-Zellen wurden lange als die vor allem pathogen wirkenden Immunzellen bei chronisch entzündlichen ZNS-Erkrankungen angesehen. Wir untersuchten die Wirkung von CD8 T-Zellen in der EAE (exp. autoimmunen Enzephalomyelitis = Tiermodell der Multiplen Sklerose) anhand von beta2-Mikroglobulin knock-out Mäusen (fehlende CD8 T-Zellen). Ergebnis: im Vergleich zu den Wildtyptieren zeigten die Knock-outs eine signifikant stärker ausgeprägte Erkrankung bei der mit verschiedenen Antigenen (MOG, MBP) induzierten EAE mit erhöhter Mortalität. Histologisch fnad sich eine vermehrte Infiltration von Makrophagen und Mikroglia. Die Demyelinisierung war bei den Knock-outs stärker ausgeprägt, ebenso auch der axonale Schaden. Das Fehlen von funktionellen CD8 T-Zellen führte demnach zu einer Verstärkung der autoimmunen Gewebsschädigung im ZNS.
Bei Patienten, die an einer speziellen Form der MS erkrankten, konnten Entzündungsinfiltrate in den Meningen nachgewiesen werden, die in ihrem Aufbau lymphoidem Gewebe ähnelten. Das Auftreten dieser Infiltrate war mit einem schwereren Krankheitsverlauf assoziiert. Das Mausmodell der B-Zell-abhängigen MP4-induzierten experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) zeigt in den Kleinhirnen der Mäuse Infiltrate, die den Infiltraten beim Menschen ähneln.
Wir nutzten die MP4-induzierte EAE, um die Mechanismen der Erkrankungsentstehung und Progression besser zu verstehen. Ziel dieser Arbeit war es intakte und stabile Ribonukleinsäuren (RNA) aus den Infiltraten der Mäuse zu isolieren. Sowie Identifizierung von Gene, die während verschiedener Stadien der zerebralen Entzündungsreaktion hochreguliert waren.
Wir verglichen die Möglichkeiten der RNA-Isolation bei Paraffin-eingebettetem Gewebe und kryofixiertem Gewebe. Um die Vergleichbarkeit der Qualitäts- und Quantitätsanalyse zu gewährleisten, wurde für jede Probe eine RNA Integritätsnummer (RIN) ermittelt.
Wir führten eine Laser Capture Microdissection (LCM) und anschließende Gensequenzierung der zerebralen Infiltrate bei Mäusen durch, bei denen eine MP4-abhängige EAE ausgelöst wurde. Des Weiteren verglichen wir die Ergebnisse mit den Expressionsprofilen von sekundär lymphatischen Organen (SLOs).
Insgesamt konnten wir 43 Gene herausfiltern, die im Vergleich zu den Kontrollgruppen hochreguliert waren.
Die Entwicklung von ektopen lymphatischen Strukturen (ELS) im zentralen Nervensystem (ZNS) ist ein komplexer und bisher wenig verstandener Prozess. In dieser Studie beobachteten wir 43 Gene, die während der Entwicklung von B- Zell-Infiltraten in den Kleinhirnen von MP4-immunisierten Mäusen signifikant hochreguliert waren. Von diesen Genen wurden bereits 14 im Zusammenhang mit der MS erwähnt und sind zum Teil Gegenstand aktiver Forschung.
Recombinant beta interferons-1 (IFNβ-1) are used as first line therapies in patients with relapsing multiple sclerosis (MS), a chronic inflammatory and neurodegenerative disease of the CNS. IFNβ-1a/b has moderate effects on the prevention of relapses and slowing of disease progression. Fibroblast growth factors (FGFs) and FGF receptors (FGFRs) are known to play a key role in the pathology of MS and its model EAE. To investigate the effects of short-term treatment with s.c. IFNβ-1a versus the combined application of s.c. IFNβ-1a and oligodendrocyte-specific deletion of FGFR1 (Fgfr1\(^{ind−/−}\) mice) in MOG\(_{35-55}\)-induced EAE. IFNβ-1a (30 mg/kg) was applied s.c. from days 0–7 p.i. of EAE in controls and Fgfr1\(^{ind−/−}\) mice. FGFR signaling proteins associated with inflammation/degeneration in MS/EAE were analyzed by western blot in the spinal cord. Further, FGFR1 in Oli-neu oligodendrocytes were inhibited by PD166866 and treated with IFNβ-1a (400 ng/mL). Application of IFNβ-1a over 8 days resulted in less symptoms only at the peak of disease (days 9–11) compared to controls. Application of IFNβ-1a in Fgfr1\(^{ind−/−}\) mice resulted in less symptoms primarily in the chronic phase of EAE. Fgfr1\(^{ind−/−}\) mice treated with IFNβ-1a showed increased expression of pERK and BDNF. In Oli-neu oligodendrocytes, treatment with PD166866 and IFNβ-1a also showed an increased expression of pERK and BDNF/TrkB. These data suggest that the beneficial effects in the chronic phase of EAE and on signaling molecules associated with ERK and BDNF expression are caused by the modulation of FGFR1 and not by interferon beta-1a. FGFR may be a potential target for therapy in MS.
Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory and degenerative disease of the central nervous system (CNS). MS commonly affects the cerebellum causing acute and chronic symptoms. Cerebellar signs significantly contribute to clinical disability, and symptoms such as tremor, ataxia, and dysarthria are difficult to treat. Fibroblast growth factors (FGFs) and their receptors (FGFRs) are involved in demyelinating pathologies such as MS. In autopsy tissue from patients with MS, increased expression of FGF1, FGF2, FGF9, and FGFR1 was found in lesion areas. Recent research using mouse models has focused on regions such as the spinal cord, and data on the expression of FGF/FGFR in the cerebellum are not available. In recent EAE studies, we detected that oligodendrocyte-specific deletion of FGFRs results in a milder disease course, less cellular infiltrates, and reduced neurodegeneration in the spinal cord. The objective of this study was to characterize the role of FGFR1 in oligodendrocytes in the cerebellum. Conditional deletion of FGFR1 in oligodendrocytes (Fgfr1\(^{ind−/−}\) was achieved by tamoxifen application, EAE was induced using the MOG\(_{35-55}\) peptide. The cerebellum was analyzed by histology, immunohistochemistry, and western blot. At day 62 p.i., Fgfr1\(^{ind−/−}\) mice showed less myelin and axonal degeneration compared to FGFR1-competent mice. Infiltration of CD3(+) T cells, Mac3(+) cells, B220(+) B cells and IgG(+) plasma cells in cerebellar white matter lesions (WML) was less in Fgfr1\(^{ind−/−}\)mice. There were no effects on the number of OPC or mature oligodendrocytes in white matter lesion (WML). Expression of FGF2 and FGF9 associated with less myelin and axonal degeneration, and of the pro-inflammatory cytokines IL-1β, IL-6, and CD200 was downregulated in Fgfr1\(^{ind−/−}\) mice. The FGF/FGFR signaling protein pAkt, BDNF, and TrkB were increased in Fgfr1\(^{ind−/−}\) mice. These data suggest that cell-specific deletion of FGFR1 in oligodendrocytes has anti-inflammatory and neuroprotective effects in the cerebellum in the EAE disease model of MS.
Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory and neurodegenerative disease of the central nervous system (CNS) affecting more than two million people worldwide. In MS, oligodendrocytes and myelin sheaths are destroyed by autoimmune-mediated inflammation, while remyelination is impaired. Recent investigations of post-mortem tissue suggest that Fibroblast growth factor (FGF) signaling may regulate inflammation and myelination in MS. FGF2 expression seems to correlate positively with macrophages/microglia and negatively with myelination; FGF1 was suggested to promote remyelination. In myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG)\(_{35–55}\)-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), systemic deletion of FGF2 suggested that FGF2 may promote remyelination. Specific deletion of FGF receptors (FGFRs) in oligodendrocytes in this EAE model resulted in a decrease of lymphocyte and macrophage/microglia infiltration as well as myelin and axon degeneration. These effects were mediated by ERK/Akt phosphorylation, a brain-derived neurotrophic factor, and downregulation of inhibitors of remyelination. In the first part of this review, the most important pharmacotherapeutic principles for MS will be illustrated, and then we will review recent advances made on FGF signaling in MS. Thus, we will suggest application of FGFR inhibitors, which are currently used in Phase II and III cancer trials, as a therapeutic option to reduce inflammation and induce remyelination in EAE and eventually MS.
Das koinhibitorische Molekül B7-H1 beeinflusst adaptive Immunantworten und ist vermutlich an den Mechanismen zur Aufrechterhaltung peripherer Toleranz und der Limitierung inflammatorischen Schadens beteiligt. Zusätzlich kommt DZ eine entscheidende Bedeutung in der Entwicklung, Aufrechterhaltung und Regulation ZNS-spezifischer Autoimmunität und Inflammationsprozessen zu. Um den B7-H1/PD-1-Signalweg eingehender zu untersuchen, wurden adaptive Immunantworten und die Zielorgan-spezifische Infiltration im Modell der MOG35-55-induzierten EAE analysiert, einem Tiermodell der MS, das durch neurologische Schädigungen und progressive Paralyse bedingt durch die inflammatorische Demyelinisierung im ZNS charakterisiert ist. Im Vergleich zu Wildtyptieren zeigten B7-H1-/- Mäuse einen beschleunigten Krankheitsbeginn und eine signifikante Steigerung des Schweregrads der EAE. Periphere MOG35-55-spezifische IFNg-/IL-17-Immunzellantworten traten in B7-H1-/- Mäusen verfrüht und verstärkt auf, klangen allerdings auch schneller ab. Im ZNS persistierte jedoch eine signifikant höhere Anzahl aktivierter, Neuroantigen-spezifischer T-Zellen während allen Phasen der EAE, wobei diese Zellen ebenfalls größere Mengen proinflammatorischer Zytokine sezernieren konnten. Experimente mit APZ-assoziiertem B7-H1, die einen direkten inhibitorischen Effekt auf die Aktivierung und Proliferation MOG35-55-spezifischer Effektorzellen zeigten, unterstützen die Hypothese, dass parenchymale Expression von B7-H1 ausschlaggebend für das Schicksal von T-Zellen im Zielorgan ist. B7-H1 stellt damit ein Schlüsselmolekül für die Kontrolle parenchymaler Immunreaktionen dar. Nachdem die Relevanz von B7-H1 auf APZ in vitro bewiesen werden konnte, wurde der Einfluss von B7-H1 auf systemisch oder intrazerebral injizierten DZ mit immunogenem oder tolerogenem Phänotyp untersucht. Intravenöse Applikation von tolerogenen B7-H1-/- DZ resultierte in einer besseren Protektion gegen EAE, und dieser Effekt war von einer gesteigerten Produktion Tr1-/Th2-typischer Zytokine sowie einer verstärkten Sekretion von IL-4 und IL-13 durch CD1d-restringierte T-Zellen in der Peripherie begleitet. Die Anzahl Neuroantigen-spezifischer T-Zellen, die proinflammatorische Zytokine sezernierten, war dementsprechend sowohl in der Peripherie als auch im ZNS reduziert. In diesem Zusammenhang konnte für B7-H1 eine wesentliche Beteiligung an der Inhibition der Aktivierung antigen-spezifischer, regulatorischer T-Zellen und CD1d-restringierter T-Zellen gefunden werden. Bei der Injektion intrazerebraler DZ bewirkten tolerogene DZ im Vergleich zu immunogenen DZ eine Reduktion der ZNS-Infiltration mit CD4+ T-Zellen in der frühen Phase der Erkrankung. Außerdem konnte eine Veränderung des intrazerebralen Zytokinmilieus von IFNg/IL-17 exprimierenden enzephalitogenen T-Zellen zu IL-10+ regulatorischen T-Zellen gezeigt werden. B7-H1-Defizienz auf APZ verstärkte diesen Effekt und führte dadurch in den Mäusen zur partiellen Protektion gegen klinische Symptome der EAE. Zusätzlich wurde die Beteiligung von B7-H1 an der Rekrutierung und ZNS-lokalisierten Induktion der Proliferation CD8+ regulatorischer T-Zellen durch DZ beschrieben. Unabhängig vom Phänotyp der DZ wurde eine bereits in der frühen Phase vorhandene und dauerhaft expandierende Population von CD8+ T-Zellen im ZNS DZ[B7-H1-/-]-injizierter Mäuse gefunden. Diese Zellen konnten in vitro die Proliferation MOG35-55-spezifischer CD4+ T-Zellen supprimieren und wirkten so mutmaßlich an der Abmilderung der EAE mit. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die entscheidende Bedeutung von B7 H1 auf DZ als immuninhibitorisches Molekül, das sowohl enzephalitogene als auch regulatorische T-Zell-Antworten moduliert und damit zur Limitation von Immunantworten beiträgt.