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Hintergrund: Das Absterben Neuromelanin (NM)-haltiger Zellen in der substantia nigra (SN), und die daraus resultierende Erniedrigung des Dopaminspiegels im striatum, ist ein pathologisches Hauptmerkmal der Parkinsonschen Krankheit. Ein neuerlicher Nachweis von Anti-Melanin-Antikörpern gibt Anlass zur Vermutung, dass NM ein Autoantigen sein könnte. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass NM tatsächlich von dendritischen Zellen (DZ), die in vivo hauptverantwortlich für die Auslösung von T- und B-Zellantworten sind, erkannt wird. Die Erkennung von NM durch DZ ist eine unabdingbare Voraussetzung für die Einleitung einer adaptiven Immunantwort. Methoden: Murine dendritische Zellen (mDZ) wurden aus Knochenmarkszellen generiert und mit NM aus humaner SN oder synthetischem Dopaminmelanin (DAM) behandelt, nachdem beide Melanine endotoxinfrei getestet wurden. Die Phagozytose von NM wurde mittels konfokaler Mikroskopie dokumentiert. Die Expression von MHC II und CD86 wurde mittels Durchflusszytometrie (FACS) analysiert. Zytokinkonzentrationen von TNF- und dem Interleukin IL-6 wurden mit ELISA-Assays bestimmt. Abschließend wurde die Funktion der durch NM aktivierten DZ mit einer allogenen mixed lymphocyte reaction (MLR) überprüft. Ergebnisse: NM wurde von den mDZ effektiv phagozytiert, woraufhin die mDZ einen reifen Phenotyp (CD86high/MHC IIhigh) zeigten. Zusätzlich sekretierten durch NM aktivierte mDZ die Zytokine IL-6 and TNF-. Schließlich ließen die mDZ T-Zellen in einer MLR proliferieren, und beweisen so ihre Funktionalität und die Fähigkeit eine primäre T-Zellantwort auszulösen. Im Gegenteil dazu konnte DAM, dem die Protein- und Lipidkomponenten von NM fehlen und nur das Melaninrückrat mit NM gemeinsam hat, nur einen kleinen Effekt bei den mDZ hervorrufen. Diskussion: NM wird von DZ in vitro erkannt und bewirkt deren Reifung. Sollte der Vorgang auch in vivo stattfinden, besteht die Möglichkeit, dass SN-Antigene dem adaptiven Immunsystem präsentiert werden, was in einzelnen Fällen zur Einleitung einer adaptiven Immunantwort führen könnte. NM könnte also der Auslöser für einen autoimmunen Pathomechanismus in der parkinsonschen Krankheit sein.
Der Thymus ist das zentrale Organ der T-Zell-Reifung. T-Vorläuferzellen aus dem Knochenmark wandern in den Thymus ein und entwickeln sich dort zu naiven, nicht-autoreaktiven T-Zellen unterschiedlicher Spezifitäten, wie beispielsweise T-Helfer-Zellen oder T-Effektor-Zellen. Ab der Pubertät wird das Thymusgewebe zunehmend mit Fettgewebe durchsetzt, wodurch der funktionelle Anteil des Thymusgewebes ab-nimmt. Beim alternden Menschen wurde eine Zunahme an Infektionen, Autoimmun-krankheiten und Neoplasien festgestellt. Dies wird mit dem Begriff der Immunalte-rung beschrieben. Die Rolle der verminderten Thymusfunktion bei der Immunalte-rung ist aktuell Gegenstand vielfältiger Forschungen. In dieser Arbeit wurde mittels eines systematischen Reviews die Frage beleuchtet, ob nach Thymektomie die Rate an Infektionen, Autoimmunerkrankungen und Neoplasien steigt und folglich, ob die Thymektomie ein Modell für vorzeitige Immunalterung darstellt. Zudem wurde unter-sucht, ob die Thymektomie einen Einfluss auf die zellulären Kompartimente des Im-munsystems hat. Es wurden sowohl Tierstudien als auch Humanstudien berücksich-tigt.
Bei der Erstellung des Reviews wurde nach dem PRISMA-Statement vorgegangen. Die wissenschaftlichen Datenbanken PubMed und Cochrane Library wurden mittels einer zuvor festgelegten Suchstrategie nach Publikationen in deutscher und engli-scher Sprache ab dem Jahr 1975 systematisch durchsucht. Diese Suche lieferte ins-gesamt 6304 Ergebnisse. Nach weiter Selektion durch Beurteilung von Abstracts und Volltexten wurden schließlich 97 Studien in den Ergebnissteil dieser Arbeit aufge-nommen. Diese Studien wurden in Form von Datenextraktionstabellen katalogisiert und ihre interne Studienqualität anhand zuvor festgelegter Kriterien bewertet.
Aufgrund der großen Heterogenität der Studiendesigns und der inhaltlichen Schwer-punkte der Studien erfolgte eine qualitative Synthese der Ergebnisse. Einzelne Stu-dien berichteten vom Auftreten opportunistischer Infektionen nach Thymektomie. Andere wiederum konnten keinen Anstieg der Infektionsrate feststellen. Die Immun-antwort auf Neoantigene bei Impfung scheint bei thymektomierten Individuen beein-flusst. Das Auftreten von diversen Autoimmunkrankheiten wurde nach Durchführung einer Thymektomie beschrieben. Einzelne Studien kommen zu dem Schluss, dass die Rate an Neoplasien nach Thymektomie nicht erhöht ist. Um wissenschaftlich hin-reichend fundierte Aussagen über diese Themenschwerpunkte treffen zu können, bedarf es jedoch zukünftig Langzeitbeobachtungsstudien an thymektomierten Indivi-duen mit nicht-thymektomierten Kontrollgruppen.
Eine mathematisch-statistische Analyse wurde für den Einfluss der Thymektomie auf das zelluläre Immunsystem durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Zahl der CD3+ CD4+ und CD8+ Zellen im Anteil der Gesamtlymphozyten bei thy-mektomierten Individuen im Vergleich zur nicht-thymektomierten Kontrollgruppe sta-tistisch signifikant vermindert ist.
Die Ergebnisse dieses Reviews unterstützen daher die These, dass Thymektomie eine vorzeitige Immunalterung induziert. Jedoch ist weitere experimentelle Grundla-genforschung, sowie klinische Forschung an thymektomierten Individuen notwendig, um dies weiter zu untermauern.
Die Antikörperavidität beschreibt die Summe der Bindungsstärke eines polyvalenten Antikörpers zu einem multivalenten Antigen. Beim ersten Kontakt des Immunsys-tems mit einem fremden Antigen ist die Avidität der Antikörper zunächst gering. Es folgt ein Vorgang, der als Reifung der Immunantwort beschrieben wird und in dessen Verlauf Antikörper mit höherer Bindungsstärke selektioniert werden.
Der Stellenwert der Bestimmung der Antikörperavidität ergibt sich aus Schwachstel-len der konventionellen Serodiagnostik. So kann die Bestimmung von IgM- und IgG-Antikörpern bei Vorliegen einer Infektion Rückschlüsse zulassen, ob es sich um eine primäre oder sekundäre Infektion handelt oder ob die Infektion akut oder chronisch ist. Allerdings kann es beispielweise durch polyklonale B-Zell-Reaktivierung oder per-sistierende IgM-Antikörper auch zu unklaren Ergebnissen kommen.
Pathogenic relevance of autoantibodies to type XVII collagen from pemphigoid gestationis patients
(2007)
Pemphigoid gestationis (PG) and bullous pemphigoid (BP) are subepidermal autoimmune blistering diseases characterized by self-reactive T and B cells specific for the transmembrane hemidesmosomal protein type XVII collagen/BP180. Major T and B cell epitopes are located within the immunodominant 16th non-collagenous domain A (NC16A) of type XVII collagen. It has been suggested that pathogenically relevant autoantibodies also bind to this immunodominant region. The aim of this study was to map the epitopes targeted by blister-inducing human autoantibodies. For this purpose, we used an in vitro model of autoantibody-induced leucocyte-dependent dermal-epidermal separation. In contrast to the majority of patients with BP (7 of 10), preadsorption against a recombinant form of the NC16A region abolished the blister-inducing potential of autoantibodies from all PG patients tested (n=5). Using overlapping synthetic peptides, we demonstrate that PG autoantibodies bind to 2 defined epitopes within the NC16A region (aa 500-514 and aa 511-523). Preadsorption using an affinity matrix containing these two epitopes completely abolished dermal-epidermal separation induced by PG autoantibodies (in 8 of 9 patients). These findings provide new insights into the pathogenesis of pemphigoid diseases and should prove helpful for the development of an antigen-specific immunoadsorption therapy in PG.
Genome-wide association studies revealed CLEC16A as a candidate gene for Type 1 Diabetes and multiple other autoimmune disorders. The function of CLEC16A remains unknown. However, previous work showed that the CLEC16A ortholog ema and the murine Clec16a were both implicated in autophagy, a process partially required for MHC class II loading and antigen presentation. Furthermore, studies could show that autophagy was required in thymic epithelial cells for antigen presentation during T cell selection, suggesting a possible role of CLEC16A in T cell selection in the thymus. Additionally, it was postulated that CLEC16A may function as an expression quantitative trait locus for its neighboring genes and that Clec16a KD was involved in pancreatic islet function and impaired insulin secretion and glucose homeostasis. Prior to this work, Schuster et al. had created a Clec16a KD NOD mouse, which was protected from spontaneous autoimmune diabetes.
For this work it was hypothesized that CLEC16A variation serves as a Type 1 Diabetes risk gene by affecting autophagy in thymic epithelial cells, which modulates antigen presentation and shapes the T cell repertoire. To expand and complement previous findings by Schuster et al., this thesis aimed to investigate how CLEC16A modifies the function of thymic epithelial cells. For this purpose, CLEC16A KD was induced in human cells via RNA interference and autophagy was studied through immunoblotting. Additionally, inflammation of pancreatic tissue in Clec16a KD NOD mice was scored using H.E. stained pancreatic sections. Thymic transplantation experiments were conducted to test whether the effects of Clec16a KD were T cell intrinsic. Also, intraperitoneal glucose tolerance tests were performed to study glucose homeostasis in Clec16a KD NOD animals. Finally, using qPCR, gene expression levels of neighboring genes such as Dexi and Socs1 were measured to study Clec16a as an expression quantitative trait locus.
In combination with the findings of Schuster et al., this thesis demonstrates that Clec16a KD reduces the severity of insulitis and protects from onset of spontaneous diabetes in the NOD mouse. Disease protection is conveyed by impaired autophagy in TEC, which leads to altered T cell selection and hyporeactive CD4+ T cells. The effects of Clec16a KD in the NOD mouse are thymus intrinsic. Glucose homeostasis remains unchanged in the Clec16a KD NOD mouse and plays no role in disease protection. Clec16a and Dexi presented similar expression levels, but further studies are required to investigate a clear link between these two genes. Finally, impaired autophagy could be replicated in human CLEC16A KD cells, which demonstrates a conserved function of CLEC16A and suggests a possible link between CLEC16A variation and risk of autoimmune disease in human.
Design and validation of a disease network of inflammatory processes in the NSG-UC mouse model
(2017)
Background: Ulcerative colitis (UC) is a highly progressive inflammatory disease that requires the interaction of epithelial, immune, endothelial and muscle cells and fibroblasts. Previous studies suggested two inflammatory conditions in UC-patients: ‘acute’ and ‘remodeling’ and that the design of a disease network might improve the understanding of the inflammatory processes. The objective of the study was to design and validate a disease network in the NOD-SCID IL2rγ\(^{null}\) (NSG)-UC mouse model to get a better understanding of the inflammatory processes.
Methods: Leukocytes were isolated from the spleen of NSG-UC mice and subjected to flow cytometric analysis. RT-PCR and RNAseq analysis were performed from distal parts of the colon. Based on these analyses and the effects of interleukins, chemokines and growth factors described in the literature, a disease network was designed. To validate the disease network the effect of infliximab and pitrakinra was tested in the NSG-UC model. A clinical- and histological score, frequencies of human leukocytes isolated from spleen and mRNA expression levels from distal parts of the colon were determined.
Results: Analysis of leukocytes isolated from the spleen of challenged NSG-UC mice corroborated CD64, CD163 and CD1a expressing CD14+ monocytes, CD1a expressing CD11b+ macrophages and HGF, TARC, IFNγ and TGFß1 mRNA as inflammatory markers. The disease network suggested that a proinflammatory condition elicited by IL-17c and lipids and relayed by cytotoxic T-cells, Th17 cells and CD1a expressing macrophages and monocytes. Conversely, the remodeling condition was evoked by IL-34 and TARC and promoted by Th2 cells and M2 monocytes. Mice benefitted from treatment with infliximab as indicated by the histological- and clinical score. As predicted by the disease network infliximab reduced the proinflammatory response by suppressing M1 monocytes and CD1a expressing monocytes and macrophages and decreased levels of IFNγ, TARC and HGF mRNA. As predicted by the disease network inflammation aggravated in the presence of pitrakinra as indicated by the clinical and histological score, elevated frequencies of CD1a expressing macrophages and TNFα and IFNγ mRNA levels.
Conclusions: The combination of the disease network and the NSG-UC animal model might be developed into a powerful tool to predict efficacy or in-efficacy and potential mechanistic side effects.
Background: Dendritic cells (DCs) rendered suppressive by treatment with mitomycin C and loaded with the autoantigen myelin basic protein demonstrated earlier their ability to prevent experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the animal model for multiple sclerosis (MS). This provides an approach for prophylactic vaccination against autoimmune diseases. For clinical application such DCs are difficult to generate and autoantigens hold the risk of exacerbating the disease.
Methods: We replaced DCs by peripheral mononuclear cells and myelin autoantigens by glatiramer acetate (Copaxone ®), a drug approved for the treatment of MS. Spleen cells were loaded with Copaxone®, incubated with mitomycin C (MICCop) and injected into mice after the first bout of relapsing-remitting EAE. Immunosuppression mediated by MICCop was investigated in vivo by daily assessment of clinical signs of paralysis and in in vitro restimulation assays of peripheral immune cells. Cytokine profiling was performed by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Migration of MICCop cells after injection was examined by biodistribution analysis of 111Indium-labelled MICCop. The number and inhibitory activity of CD4+CD25+FoxP3+ regulatory T cells were analysed by histology, flow cytometry and in vitro mixed lymphocyte cultures. In order to assess the specificity of MICCop-induced suppression, treated EAE mice were challenged with the control protein ovalbumin. Humoral and cellular immune responses were then determined by ELISA and in vitro antigen restimulation assay.
Results: MICCop cells were able to inhibit the harmful autoreactive T-cell response and prevented mice from further relapses without affecting general immune responses. Administered MICCop migrated to various organs leading to an increased infiltration of the spleen and the central nervous system with CD4+CD25+FoxP3+ cells displaying a suppressive cytokine profile and inhibiting T-cell responses.
Conclusion: We describe a clinically applicable cell therapeutic approach for controlling relapses in autoimmune encephalomyelitis by specifically silencing the deleterious autoimmune response.
Analyse der Immunglobulinrepertoire-Veränderungen in B Zellen von Kindern mit Autoimmunerkrankungen
(2006)
B Zellen sind die zellulären Träger einer gegen Infektionserreger gerichteten, humoralen und protektiven Immunität. In der Entstehung von Autoimmunerkrankungen und in der Aufrechterhaltung von chronischen Entzündungen scheint diesen Zellen eine entscheidende Rolle zuzukommen. In dieser Arbeit wurden in B Zellen von Patienten mit rheumatischen Erkrankungen molekulare Mechanismen untersucht, die es der B Zelle außerhalb des Knochenmarkes erlauben, ihre Rezeptorspezifität zu verändern. Ein solcher Vorgang könnte Verschiebungen des Immunglobulinrepertoires in Richtung Autoreaktivität erklären.