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Immune-mediated polyneuropathies like chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy or Guillain-Barré syndrome are rare diseases of the peripheral nervous system. A subgroup of patients harbors autoantibodies against nodal or paranodal antigens, associated with a distinct phenotype and treatment response. In a part of patients with pathologic paranodal or nodal immunoreactivity the autoantigens remain difficult or impossible to determine owing to limitations of the used detection approach - usually ELISAs (enzyme-linked-immunosorbent-assays) - and incomplete knowledge of the possible autoantigens. Due to their high-throughput, low sample consumption and high sensitivity as well as the possibility to display many putative nodal and paranodal autoantigens simultaneously, peptide microarray-based approaches are prime candidates for the discovery of novel autoantigens, point-of-care diagnostics and, in addition, monitoring of pathologic autoimmune response. Current applications of peptide microarrays are however limited by high false-positive rates and the associated need for detailed follow-up studies and validation. Here, robust peptide microarray-based detection of antibodies and the efficient validation of binding signals by on-chip neutralization is demonstrated. First, autoantigens were displayed as overlapping peptide libraries in microarray format. Copies of the biochips were used for the fine mapping of antibody epitopes. Next, binding signals were validated by antibody neutralization in solution. Since neutralizing peptides are obtained in the process of microarray fabrications, neither throughput nor costs are significantly altered. Similar in-situ validation approaches could contribute to future autoantibody characterization and detection methods as well as to therapeutic research. Areas of application could be expanded to any autoimmune-mediated neurological disease as a long-term vision.
Die Anzahl neurologischer Erkrankungen bei denen Autoantikörper gegen zentralnervöse An-tigene bekannt sind, hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Allerdings gibt es nur für wenige dieser Erkrankungen hinreichende experimentelle Belege für eine pathogene Wir-kung der Autoantikörper. Zwei dieser Erkrankungen wurden im Rahmen dieser Arbeit näher untersucht: die Juvenile Neuronale Zeroid-Lipofuszinose (JNCL) mit Autoantikörpern gegen die 65 kD Isoform der Glutamatdecarboxylase und das Stiff Person Syndrom (SPS) mit Auto-antikörpern gegen Amphiphysin. Die phänotypische Charakterisierung der cln3 knockout-Maus, einem Mausmodell für die JNCL, zeigte eine progressive Verschlechterung der motorischen und koordinativen Fä-higkeiten, eingeschränktes reizbedingtes Lernen und gesteigertes angstähnliches Verhalten. Diese Symptome ähneln denen der humanen Erkrankung. Elektrophysiologisch konnte eine Antikörper-induzierte zerebelläre Dysfunktion identifiziert werden, die einer verminderten lokalen GABAergen Hemmung zugeordnet wird. Eine Reduktion der Antiköperproduktion im Tiermodell durch eine Depletion der Plasmazellen durch den Proteseinhibitor Bortezomib hatte einen positiven Effekt auf die Krankheitsentwicklung. Im zweiten experimentellen Teil der Arbeit wurde der Einfluss von Autoantikörpern gegen Amphiphysin von Patienten mit SPS auf die synaptische Transmission untersucht. Es zeigte sich hierbei in Patch-Clamp Experimenten eine Störung der GABAergen Übertragung v.a. bei hochfrequenter Stimulation, was im Einklang mit dem vermuteten Antikörper-induzierten Endozytosedefekt steht. Passiver Transfer von humanen Autoantikörpern gegen Amphiphysin induzierte angst-ähnliches Verhalten in Ratten, einem weiteren Kernsymptom des SPS. Aktive Immunisierung gegen Amphiphysin und anschließende Öffnung der Blut-Hirn-Schranke in Mäusen führte zu einer subklinischen Veränderung der Reflexverarbeitung von Ia Afferenzen auf Motoneurone im Rückenmark der Mäuse. Insgesamt konnten in zwei Erkrankungen des ZNS autoimmune Mechanismen identifi-ziert werden, die zu einer Antikörper-induzierten Fehlregulation der zentralen synaptischen Transmission führen. Diese Ergebnisse können wegweisend sein auch für die Erforschung der Pathophysiologie anderer Antikörper-assoziierte Erkrankungen des ZNS.
Epidermolysis bullosa acquisita (EBA) is an autoimmune subepidermal blistering disease associated with autoantibodies to type VII collagen, the major constituent of anchoring fibrils. Previous attempts to demonstrate the blister inducing potential of autoantibodies to this protein have failed. To address this question, we used an in vitro model involving cryosections of human skin incubated with patients’ autoantibodies and leukocytes from healthy donors. We show that sera from 14 out of 16 EBA patients, in contrast to sera from healthy controls, induced dermal-epidermal separation in the cryosections. The level of the experimentally induced split localizes to the lamina lucida of the dermal-epidermal junction. Recruitment and activation of neutrophils at the dermal-epidermal junction was necessary for split induction, whereas mononuclear cells were not required. Importantly, patients’ autoantibodies affinity-purified against a recombinant form of the non-collagenous 1 (NC1) domain of type VII collagen retained their blister-inducing capacity, while patients’ IgG that was depleted of reactivity to type VII collagen lost this ability. Monoclonal antibody LH7.2 to the NC1 domain of type VII collagen also induced subepidermal splits in the cryosections; F(ab’)2 fragments of autoantibodies to type VII collagen were not pathogenic. These findings demonstrate the capacity of autoantibodies to type VII collagen to trigger an Fcg-dependent inflammation leading to split formation in cryosections of human skin.
Die lineare IgA Dermatose (LAD) ist eine subepidermal blasenbildende Erkrankung, die durch IgA-Ablagerungen an der kutanen Basalmembran charakterisiert ist. Die IgA-Antikörper von LAD-Seren reagieren mit einem 97 kDa Protein, das aus der Epidermis extrahiert werden kann, und einem 120 kDa Protein, das von kultivierten Keratinozyten in das Kulturmedium sezerniert wird. Beide Antigene stellen Fragmente der extrazellulären Domäne des 180 kDa bullösen Pemphigoid-Autoantigens (BP180, Typ XVII Kollagen) dar. Die vorliegende Studie ging der Frage nach, ob LAD-Seren mit der immunodominanten Region von BP180 (NC16A Region) unmittelbar an der Zellmemran der basalen Keratinozyten reagieren. Diese Region ist das Ziel der IgG-Antikörper im Serum der meisten Patienten mit bullösem Pemphigoid und Pemphigoid gestationis. Tatsächlich zeigte sich im Immunoblot bei 11 von 50 LAD-Patienten eine Reaktivität von IgA-Antikörpern mit einer rekombinanten Form von BP180 NC16A. Wir fanden bezüglich Alter, Geschlecht und immunfluoreszenzoptischer Befunde keine signifikanten Unterschiede zwischen der BP180 NC16A-positiven Gruppe verglichen mit der Gruppe er LAD-Patienten, die keine Reaktivität mit NC16A aufwiesen. Weitere studien sollten die pathogenetische Relevanz der gegen BP180 NC16A gerichteten IgA-Autoantikörper im Serum von LAD-Patienten untersuchen.