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Background and Pur pose: Interleukin-1ß is a proinftammatory cytokine produced by blood-borne and resident brain inftammatory cells. The present study was conducted to determine if interleukin-1ß mRNA was produced in the brain of rats subjected to permanent focal ischemia. Methods: Rat interleukin-1ß cDNA, synthesized from stimulated rat peritoneal macrophage RNA by reverse transcription and polymerase chain reaction and c10ned in plasmid Bluescript KS+, was used to evaluate the expression of interleukin-1ß mRNA in cerebral cortex from spontaneously hypertensive rats and normotensive rats subjected to permanent middle cerebral artery occlusion. Interleukin-1ß mRNA was quantified by Northern blot analysis and compared with rat macrophage RNA standard. To correct for gel loading, blots were also analyzed with cyclophilin cDNA, which encodes an abundant, conserved protein that was unchanged by the experimental conditions. Results: Interleukin-1ß mRNA produced in the ischemic zone was significantly increased from 6 hours to 120 hours, with a maximum of211±24% ofinterleukin-1ß reference standard, ie, 0.2 ng stimulated rat macrophage RNA, mRNA compared with the level in nonischemic cortices (4±2%) at 12 hours after ischemia (P<.OI; n=6). Interleukin-1ß mRNA at 12 hours after ischemia was markedly elevated in hypertensive rats over levels found in two normotensive rat strains. Neurological deficits were also apparent only in the hypertensive rats. Conclusions: Brain interleukin-1ß mRNA is elevated acutely after permanent focal ischemia and especially in hypertensive rats. These data suggest that this potent proinflammatory and procoagulant cytokine might have a role in brain damage following ischemia.
Receptor binding properties of four-helix-bundle growth factors deduced from electrostatic analysis
(1994)
Hormones of the hematopoietin class mediate signal transduction by binding to specific transmembrane receptors. Structural data show that the human growth hormone (hGH) forms a complex with a homodimeric receptor and that hGH is a member of a class of hematopoietins possessing an antiparallel 4-a-helix bundle fold. Mutagenesis experiments suggest that electrostatic interactions may have an important influence on hormonereceptor recognition. In order to examine the specificity of hormone-receptor complexation, an analysis was made of the electrostatic potentials of hGH, interleukin-2 (IL-2), interleukin-4 (IL-4), granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), and the hGH and IL-4 receptors. The binding surfaces of hGH and its receptor, and of IL-4 and its receptor, show complementary electrostatic potentials. The potentials of the hGH and its receptor display approximately 2-fold rotational symmetry because the receptor subunits are identical. In contrast, the potentials of GM-CSF and IL-2 Iack such symmetry, consistent with their known high affinity for hetero-oligomeric receptors. Analysis of the electrostatic potentials supports a recently proposed hetero-oligomeric model for a high-affinity IL-4 receptor and suggests a possible new receptor binding mode for G-CSF; it also provides valuable information for guiding structural and mutagenesis studies of signal-transducing proteins and their receptors.
Beeinflussung der Aktivität von NF-kappaB durch gram-negative Bakterien - ein Beitrag zur Pathogenese der reaktiven Arthritis Als Beitrag zur Pathogenese der reaktiven Arthritis wurde die Aktivierung von NF-kB durch gram-negative Bakterien untersucht. Mittelpunkt dieser Arbeit war die Beobachtung, dass die Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kB in Synovialzellen nach Infektion stimuliert wird. Die Erkrankung steht im klinischen Zusammenhang mit einer Infektion durch gram-negative Darmbakterien und weiteren Erregern. TNF-a spielt eine wichtige Rolle bei der Erregerantwort der infizierten Zellen, in welchen erhöhte TNF-a-Titer gemessen wurden. Das bekannte Mitwirken von NF-kB in immunologischen Prozessen ließ vermuten, dass dieser Transkriptionsfaktor an der Pathogenese der reaktiven Arthritis beteiligt ist. Dies steht in engem Zusammenhang mit der Induktion von TNF-a, ein Zytokin, das gleichzeitig ein wichtiger Induktor von NF-kB darstellt. In unseren Experimenten wurde ein Unterschied zwischen apathogenen und pathogenen Keimen in der zeitlichen Aktivierung von NF-kB beobachtet. Die Vertreter pathogener Erreger waren Yersinia enterocolitica O.3 und Salmonella enteritidis. Diese induzierten NF-kB zwischen 4 und 6 Stunden post infectionem, im Unterschied zu dem apathogenen Bakterium Escherichia coli, das den Transkriptionsfaktor schon nach 1 - 2 Stunden induzierte. Als Folge dieser Differenz könnte die Immunantwort der Zelle zu unterschiedlichen Reaktionen in der Lage sein und die Erreger abtöten oder eine Persistenz zulassen. Zusätzlich wurde das Augenmerk auf die einzelnen Zellbestandteile oder –produkte gelenkt. Im Vergleich zu intakten Bakterien wurde die Wirkung des Überstandes und die von UV-inaktivierten Keimen untersucht. Die Induktionsstärke war bei unbehandelten Erregern am größten und fiel dann bei UV-inaktivierten Bakterien deutlich ab. Ein weiteres Abfallen der Aktivierung war bei der Infektion mit dem bloßen Überstand zu verzeichnen. Mit diesen Ergebnissen wurde deutlich, dass NF-kB bei der Etablierung der reaktiven Arthritis eine Rolle spielen könnte. Noch bleibt offen, in welcher Art der Transkriptionsfaktor in die intrazellulären Prozesse eingreift und welche medikamentösen Behandlungsmöglichkeiten sich daraus ergeben könnten.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von verschiedenen in der Intensivtherapie der Sepsis etablierten Medikamenten auf die peripheren mononukleären Zellen gesunder Probanden und septischer Patienten untersucht. Als ein weiteres Ziel untersuchten wir, ob Plasma, das von septischen Patienten gewonnen wurde, ebenfalls eine die Mediatorproduktion der Zellen modifizierende Wirkung besitzt. Als Parameter dieser Studie dienten auf der einen Seite die proinflammatorischen Zytokine TNF-alpha, Interleukin-6 und Interferon-gamma, auf der anderen Seite Interleukin-10, dem antiinflammatorische Eigenschaften zugesprochen werden, und Procalcitonin.
Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Tumor Nekrose Faktor-α (TNF- α) (TNF-α) in pathophysiologisch relevanten Konzentrationen neben seiner bekannten negativ inotropen Wirkung einen deutlichen Effekt auf die myokardiale Energetik im Myokard der Ratte besitzt. Dieser wurde anhand des Sauerstoffverbrauchs an rechtsventrikulären Muskelstreifenpräparaten quantifiziert. Der erhöhte Energieumsatz bei gleichzeitig reduzierter myokardialer Arbeit, d.h. der gesteigerte spezifische Sauerstoffverbrauch, basiert auf einer verschlechterten Ökonomie des Kontraktionsprozesses. Diese schnelle Wirkung auf die myokardiale Energetik ist durch einen Sphingolipid Signaltransduktionsweg vermittelt. Dagegen spielt wohl für den mechanischen Effekt von TNF-α sowohl NO, als auch Sphingosin eine Rolle.
Die Leber verfügt über einzigartige immunologische Eigenschaften, wobei die Lebertransplantat-Spontantoleranz eine der beeindruckensten ist. Dies steht im Gegensatz zum zentralen Dogma der Transplantationsimmunologie, wonach MHC-differente Transplantate ohne Immunsuppression abgestoßen werden. Die Spontantoleranz entwickelt sich aus der vom Lebertransplantat ausgelösten Immunantwort, während andere MHC-differente Organ-transplantate im Rahmen einer solchen Immunantwort irreversibel zerstört werden. Zielsetzung dieser Arbeit war, die immunologischen Vorgänge im Lebertransplantat bei Abstoßung und Spontantoleranz näher zu untersuchen. Deshalb wurden die intrahepatischen T-Lymphozyten auf ihr Zytokinprofil (Th1/Th2 Zytokine) und ihre CD45RC Expression hin untersucht. Dies geschah in der Frühphase bis Tag 7 und in der Spätphase bis Tag 100 nach Lebertransplantation. Mit diesem experimentellen Design wurde überprüft, ob aus der frühen Aktivierung nach Lebertransplantation je nach Präsenz von Th1- oder Th2-Zytokinen entweder Abstoßung oder Spontantoleranz entsteht. Das Phänomen der Lebertransplantat-Spontantoleranz wurde in der Ratte mit der Zuchtlinie Dark Agouti (DA) nach Übertragung von Lebertransplantaten aus Lewis-Spendertieren (LEW) untersucht. Andere vaskularisierte Organe aus LEW Spendertieren wurden dagegen von ihren DA-Empfängern abgestoßen. Dienten DA-Tiere als Leberspender und LEW-Tiere als Empfänger, so war ebenso eine akute Transplantatabstoßung zu beobachten. Die Quantifizierung und Phänotypisierung der Leukozyten aus den Lebertransplantaten der Spontantoleranzgruppe und der Abstoßungsgruppe zeigten, dass es bereits in der Frühphase nach Transplantation zu einer starken Infiltration mit Leukozyten des Empfängers kam. Bereits am Tag 3 p.op. waren in diesen Lebertransplantaten nahezu nur noch Leukozyten der Empfänger nachzuweisen. Auch in spontantolerierten LEW Lebertransplantaten wurde dies beobachtet. Weiter wurde die Expression des Oberflächenmoleküls CD45RC auf den CD4+ T-Lymphozyten untersucht, da sich hierdurch naive von aktivierten Zellen unterscheiden lassen. Während der Frühphase zeigte sich ein dynamisches Verhältnis von CD45RCpos (naive T-Lymphozyten) und CD45RCneg (aktivierte T-Lymphozyten). In beiden allogenen Gruppen stieg dieses Verhältnis innerhalb von 3 Tagen nach Transplantation von 0,5 auf über 3 an. Bereits zwischen Tag 5 und 7 p.op. verringert sich dieses Verhältnis wieder in beiden Gruppen. In der Spätphase um den Tag 30 nach Lebertransplantation erhöhte sich in der Spontantoleranzgruppe das Verhältnis von aktivierten zu naiven T-Lymphozyten noch einmal, bevor es sich schließlich dem Niveau der Syngenen Kontrollgruppe annäherte. Für die intrahepatischen CD4+ T-Lymphozyten beider allogener Gruppen wurde in der Frühphase nach Transplantation eine deutliche Anwesenheit von IL-2 und IL-2 mRNA nachgewiesen. In dieser Phase sezernierten sie auch die Th2- Zytokine IL-4 und IL-10. Dies war unabhängig davon, ob die T-Lymphozyten aus Lebertransplantaten der Abstoßungs- oder Spontantoleranzgruppe stammten. Somit konnte nicht eindeutig gezeigt werden, dass die Anwesenheit von Th2-Zytokinen für die Induktion von Spontantoleranz notwendig ist bzw. ihre Abwesenheit zur Transplantatabstoßung führt. In der Spätphase nach Transplantation wurden aus den spontantoleranten Lebertransplantaten CD4+ T-Lymphozyten isoliert, für die nach einer in vitro- Stimulierung IL-13 mRNA nachzuweisen war. Diese Fähigkeit ließ sich bis zum Versuchsende am Tag 100 verfolgen. Hingegen brachten Analysen von CD4+ TLymphozyten, die zum gleichen Zeitpunkt aus den Milzen dieser Tiere isoliert wurden, für dieses Zytokin kein Ergebnis. Auch in der Syngenen Kontrollgruppe waren die CD4+ T-Lymphozyten, die aus den Lebertransplantaten und Milzen isoliert wurden, nicht in der Lage, dieses Zytokin zu produzieren. IL-13 zählt zu den Th2-Zytokinen, das regulierend auf immunkompetente Zellen wirkt und die Produktion verschiedener inflammatorischer Zytokine hemmt. Diese IL-13-positiven CD4+ T-Lymphozyten stellen somit attraktive Kandidaten für Zellen mit einem regulatorischen Potential dar, die zur Erhaltung der Langzeitfunktion von Lebertransplantaten entscheidend sein könnten. Die Leber mit ihren einzigartigen immunologischen Fähigkeiten verbirgt noch zahlreiche Geheimnisse. Unstrittig ist, dass weiterführende Untersuchungen zu neuen Erkenntnissen über die Immunbiologie IL-13-positiver T-Lymphozyten im Besonderen und zur Leberimmunologie im Allgemeinen führen werden.
Heutzutage existieren verschiedene immunsuppressive Protokolle, die bei Patienten nach Nierentransplantation mit dem Ziel der Unterdrückung der immunologischen Abstoßungs-reaktion eingesetzt werden. Welche von diesen Protokollen aber seine Aufgabe am besten verwirklicht, ist bis jetzt noch offen geblieben. Das relativ neue Präparat MMF findet zu-nehmend im klinischen Alltag im Rahmen dieser Therapie seine Verwendung. In dieser Arbeit wurden die Funktionen regulatorischer T-Zellen aus Patienten nach Nierentrans-plantationen unter MMF basierter Immunsuppression untersucht. Sie wurden mit Hilfe verschiedener Verfahren mit dem Ziel charakterisiert, die günstigste immunsuppressive Kombination zu finden und ihre Wirkungen auf zellulärer Ebene zu analysieren. Insgesamt wurde festgestellt, dass die T-Zelllinien aus Patienten mit chronischer Abstoßung vom Th1-Zytokin-Profil und die aus stabilen Patienten vom Th2-Muster geprägt waren. Dies verdeutlicht die Rolle der Th1-Zellen bei der Induktion und Aufrechterhaltung der chroni-schen Abstoßung und die immunregulatorischen Eigenschaften der Th2-Zellen. Alle T-Zelllinien wiesen Spender-Peptid spezifische und signifikante Proliferationsaktivität, wo-bei die Antwort bei den Zelllinien aus chronischen Patienten viel höher ausfiel. Diese Tat-sache weist auf die besondere immunologische Aktivität der Th1-Zellen. Unter den T-Zelllinien aus stabilen Patienten unter Tacrolimus, MMF und Prednisolon wurden viel mehr CD4+CD25+ Zellen mit regulatorischen Eigenschaften beobachtet als bei stabilen Patienten unter anderen therapeutischen Kombinationen, was darauf hinweist, dass dieses Regime insbesondere die regulatorischen T-Zellen fördert. Tatsächlich hat die statistische Analyse des längerfristigen Verlaufs der Transplantatsituation von den Patienten aus dieser Studie gezeigt, dass unter Tacrolimus, MMF und Prednisolon der geringste Anteil an chro-nischen Abstoßungsreaktionen vorkam. Diese Tatsache könnte enorme Bedeutung für die Klinik haben, denn unsere Arbeit beweist erstmals auf zellulärer Ebene, dass gerade diese immunsuppressive Kombination die Toleranzmechanismen am stärksten fördert und somit am besten zum langzeitigen Transplantatüberleben beiträgt, wodurch sie in näherer Zu-kunft das Therapieregime der Wahl werden kann.
Die Wundheilung im Kolon ist ein wichtiges Thema in der Medizin, da sich dieser Prozess durch die besonderen Ausgangsbedingungen, wie etwa hohe Bakterienlast, ein hoher intraluminaler Druck und niedrigere Sauerstoffspannung von der viel untersuchten kutanen Wundheilung unterscheidet. Auch sind die Folgen einer Dehiszenz im Anastomosenbereich ungleich gravierender, besteht doch das Risiko einer Peritonitis, die mit hoher Letalität verbunden ist. Ziel dieser Arbeit war es, die komplikationslose Wundheilung über einen langen Zeitraum zu beobachten. Anhand des Verlaufs einer Vielzahl von für die Wundheilung wesentlichen Zytokinen sollte die Wundheilung am Kolon möglichst ausführlich untersucht werden. Im Rahmen meiner Fragestellung wurden 100 männliche Wistarratten unter anderem mit einer Anastomose am Übergang von Kolon sigmoideum zum Rektum versehen. Die Tiere waren in verschiedene Gruppen aufgeteilt und wurden je nach Gruppe zu einem der sechs verschiedenen Zeitpunkte (0, 3, 7, 14, 30 und 90 Tage post Operationem) getötet und die Anastomose wurde entnommen. Das Anastomosengewebe wurde für immunhistologische und ELISA Untersuchungen verwendet. Durch den langen Untersuchungszeitraum konnten nicht nur die initialen Phasen der Wundheilung, sondern auch die Phase der Bindegewebsbildung erfasst werden. Es wurden immunhistochemische Färbungen und ELISA-Analysen von verschiedenen proinflammatorischen (TNF-alfa, IFN-gamma), chemotaktischen (RANTES, MIP-2, MCP-1), angiogenetischen (VEGF, PDGF-B, FGF-2) und antiinflammatorischen (IL-10, IL-13) Zytokinen und TGF-beta1 durchgeführt. Dabei wurde eine insgesamt verzögerte Wundheilung festgestellt. Es zeigte sich eine wesentlich verlängerte inflammatorische Phase sowie eine verlängerte proliferative Phase. Erst von Tag 30 bis 90 kehrten die meisten Parameter wieder auf ein mehr oder minder normales Niveau zurück. Erwartungsgemäß waren die meisten histologisch positiven Zellen in der Anastomose selbst zu finden. Die Zellzahlen der Zellmarker ließen sich gut mit den Zytokinen in Einklang bringen. Jedoch ließen sich Zellzahlen und Zytokinkonzentration meist nicht korrelieren. Es traten mit IFN-gamma und RANTES zwei Zytokine auf, die im kutanen Modell nicht beobachtet wurden. IFN-gamma hemmt die meisten Zellen, die im Rahmen der proliferativen Phase benötigt werden und könnte ein Grund für die verlängerte inflammatorische Phase sein. Aus diesen Untersuchungen lässt sich schließen, dass die komplikationslose kolonische Wundheilung grundsätzlich mit der kutanen vergleichbar ist. Die Ergebnisse und Erkenntnisse aus dieser Arbeit werden jetzt als Grundlage für ein Modell mit erhöhter Dehiszenzwahrscheinlichkeit verwendet. Damit soll ein besseres und systematisches Verständnis für die Pathogenese der Anastomoseninsuffizienz gewonnen werden. So wird es möglich, auf histologischer Ebene und auf Proteinebene die Unterschiede zwischen komplikationsloser und komplikationsbehafteter Anastomosenheilung zu beobachten, sind die klinischen Folgen bei einer Leckage doch in vielen Fällen verheerend. Zudem wird es dann möglich sein, systematischer zu ergründen, wie etwa intraoperativ eingebrachte Zytokine oder zytokingetränkte Fäden das Wundmilieu verändern und beeinflussen.
Visualization of type I immunity using bicistronic IFN-gamma reporter mice in vitro and in vivo
(2006)
IFN-γ is the signature cytokine of Th1 and CD8+ effector cells generated in type I immune responses against pathogens, such as Influenza virus, Sendai virus and the intracellular protozoan parasite Toxoplasma gondii. Understanding the regulation of IFN-γ is critical for the manipulation of immune responses, prevention of immunopathology and for vaccine design. In the present thesis, IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells was characterized in detail and the requirement of IFN-γ receptor mediated functions for IFN-γ expression was assessed. Bicistronic IFN-γ-eYFP reporter mice, which allow direct identification and isolation of live IFN-γ expressing cells, were used to visualize IFN-γ expression in vitro and in vivo after infection with the afore mentioned pathogens. Expression of the IFN-γ-eYFP reporter by CD4+ and CD8+ T cells was broadly heterogeneous in vitro and in vivo after infection. Increased expression of the reporter correlated positively with the abundance of IFN-γ transcripts and IFN-γ protein production upon stimulation. eYFP reporter brightness reflected the potential for IFN-γ production, but actual secretion was largely dependent on antigenic stimulation. Increased expression of the reporter also correlated with enhanced secretion of additional proinflammatory cytokines and chemokines and cell surface expression of markers that indicate recent activation. Highly eYFP fluorescent cells were generally more differentiated and their anatomical distribution was restricted to certain tissues. The anatomical restriction depended on the pathogen. IFN-γ expressing CD4+ and CD8+ T cells were generated in IFN-γ receptor deficient reporter mice after infection with Sendai virus or Toxoplasma gondii. However, in the absence of IFN-γ receptor mediated functions, the frequency and brightness of the eYFP reporter expression was altered. Dual BM chimeric mice, reconstituted with wild-type and IFN-γ receptor deficient reporter BM, revealed a T cell-intrinsic requirement for the IFN-γ receptor for optimal IFN-γ expression. Reporter fluorescence intensities were regulated independently of IFN-γ receptor mediated functions. Finally, we propose a model for IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells. 2. SUMMARY 10 In summary, the expression of IFN-γ is differentially regulated in CD4+ and CD8+ T cells and after viral or protozoan infections. Additionally, the role of IFN-γ receptor mediated functions for the expression of IFN-γ was determined.
Das Ziel der Arbeit war, die Einflüsse verschiedener Zytokine bzw. Wachstumsfaktoren (unter anderem Stammzellfaktor (SCF), Thrombopoetin (TPO), Flt3-Ligand (FL-3), Interleukin-3 (IL-3), Tumornekrosefaktor-a (TNF-a) und Granulozyten-Makrophagen-Stimulierender-Faktor (GM-CSF)) auf humane hämatopoetische, CD34-positive Stammzellen (HSZ) zu evaluieren. Eine relativ hohe Zellamplifikation bei gleichzeitig geringer Differenzierungsinduktion ermöglichte eine Kombination der Zytokine TSF, SCF und FL-3. Eine gezielte Differenzierung von CD14-positiven, monozytären Zellen gelang am besten mit einer Kombination der Zytokine TSF, SCF, FL-3 und IL-3. Für die Generierung von dendritischen Zellen eignete sich eine Zytokinkombination aus IL-4, TNF-a und GM-CSF. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Verhalten von Philadelphiachromosom-positiven CML-Stammzellen (CML = chronisch myeloische Leukämie) im Vergleich zu benignen HSZ, analog zu den obigen Gesichtspunkten, evaluiert. Die CML-Stammzellen zeigten bei Inkubation mit Zwei- und Mehrfachzytokinkombinationen eine z.T. deutlich höhere Amplifikation als die Vergleichsansätze mit benignen Zellen. In den Mehrfachzytokinansätzen fand sich im zeitlichen Verlauf darüberhinaus eine größere, verbleibende CD34-positive Zell-Population als in den benignen Vergleichsansätzen. Bei der zielgerichteten dendritischen Zelldifferenzierung verhielten sich die CML-Stammzellen ähnlich wie die benigen Zellen, wobei die Differenzierung in den Kulturen zu einem späteren Zeitpunkt auftrat. Ein Unterschied gegenüber den benignen Ansätzen zeigte sich bei den CML-Stammzellen in einer nahezu fehlenden Differenzierungsfähigkeit in CD14-positive, monozytäre Zellen. Dieser Differenzierungsblock ließ sich jedoch durch eine Kombination der verwendeten Zytokine mit Vitamin D3 überwinden.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Reaktionen von Migränepatientinnen mit episodischer (EM) und häufiger Migräne (HM) auf verschiedene Aspekte des Triggerfaktors „Negativer Affekt“ wie Stress und negative Emotionen. Die Ergebnisse der beiden Gruppen wurden mit denen gesunder Kontrollpersonen verglichen (KG). Zur Ermittlung des Aufmerksamkeitsverhaltens gegenüber emotionalen Reizen wurden zwei Emotionale Stroop Tests (EST) durchgeführt. Erwartet wurde ein Aufmerksamkeitsbias der Patientinnen hinsichtlich negativer emotionaler Reize. Im EST 1 wurden allgemeine affektive Wörter der Valenzen positiv, neutral und negativ verwendet. Die Probandinnen sollten auf die Wortfarbe mit Tastendruck reagieren und den Wortinhalt ignorieren. Im EST 2 wurden emotionale Gesichtsausdrücke (ärgerlich, freundlich, neutral) als Reize verwendet. Dabei sollte die Rahmenfarbe der Bilder per Tastendruck bestimmt werden und der Inhalt ignoriert werden. Zur Auswertung wurden Emotionale Stroop Interferenzen (ESI) zum Vergleich Reaktionszeitdifferenzen negativ-neutral und negativ-positiv berechnet. Der erwartete Aufmerksamkeitsbias der HM für negative emotionale Reize wurde dabei nicht gefunden. Dafür zeigten im EST 2 die KG einen Aufmerksamkeitsbias für ärgerliche Gesichter. Ein signifikanter Gruppenunterschied in EST 2 mit sehr niedrigen, im Vergleich negativ-positiv sogar negativen ESI der HM ließ auf ein Vermeidungsverhalten dieser Gruppe ärgerlichen Gesichtern gegenüber schließen. Dieses wurde als Vermeidung negativer sozialer Reize interpretiert und zum gelernten, möglicherweise dysfunktionalen Vermeidungsverhalten von Migränepatienten potentiellen Triggersituationen gegenüber in Bezug gesetzt. Weiterhin wurden die Probandinnen mit dem „Paradigma der Öffentlichen Rede“ psychosozialem Stress ausgesetzt, indem sie vor einer Videokamera unter Beobachtung eine Rede halten sowie eine Kopfrechenaufgabe lösen sollten. Vorher und nachher wurden insgesamt vier Speichelproben zur Bestimmung des Stresshormons Kortisol genommen. Zudem wurden die Druckschmerzschwellen vor und nach dem Experimentalteil gemessen. Die erwartete Kortisolreaktion als Antwort auf die psychosoziale Stressaufgabe blieb aus. Ursache dafür kann die Stichprobenzusammensetzung mit 98% Frauen sein, deren Kortisolreaktion auf Stress durch hormonelle Schwankungen im Experiment nur unzuverlässig stimulierbar ist. Bei der Berechnung der Gesamtkortisolausschüttung über die Zeit zeigte sich im Gegensatz zu dem erwarteten erhöhten Kortisolspiegel der Migränepatientinnen ein linearer Abfall des Spiegels von KG, über EM zu HM, mit den niedrigsten Werten der HM. Diese Ergebnisse könnten auf Veränderungen der Hypophysen-Nebennieren (HHN)-Achse im Sinne eines Hypokortisolismus bei Migränepatientinnen widerspiegeln, der weiterer Klärung bedarf, z.B. durch die Bestimmung eines Kortisoltagesprofils bei Patientinnen. Eine veränderte Funktion der HHN-Achse könnte außerdem zu einer inadäquaten Reaktion auf Stresssituationen beitragen. Die bei Patientinnen ausbleibende Veränderung der Druckschmerzschwelle in Reaktion auf Stress lässt ebenfalls auf eine ungenügende Stressreaktion der Patientinnen schließen. Am Ende der Untersuchung, nach einer Entspannungsphase von 50 Minuten, wurde den Probandinnen Blut abgenommen, in dem die mRNA- und Proteinkonzentrationen ausgewählter pro- und antiinflammatorischer Zytokine bestimmt wurden. Die Analyse der Zytokinkonzentrationen mit Luminex ergab für die Proteindaten aufgrund zu geringer verwertbarer Daten kein interpretierbares Bild. Die mittels Real Time Quantitativer PCR erhaltenen mRNA-Konzentrationen spiegelten die Schmerzfreiheit der Patienten wieder, mit im Vergleich zu KG verringerten proinflammatorischen Zytokinen (TNF-alpha, IL-1beta, IL-2, IL-6) und dem ebenfalls verringerten antiinflammatorischen Zytokin IL-10, sowie dem deutlich erhöhten antiinflammatorischen IL-4. Die im Vergleich zur KG überregulierten Zytokine im schmerzfreien Intervall weisen auf veränderte Regulierungsmechanismen des Immunsystems für die Schmerzmediatoren Zytokine hin. Weitere Schmerzmediatoren könnten ebenfalls verändert sein, was weiterer Klärung in nachfolgenden Studien bedarf. Alles in allem konnten verschiedene Veränderungen in den psychologischen und endokrinen Reaktionen der Migränepatientinnen auf Bestandteile des Triggers „Negativer Affekt“ sowie in der Schmerzregulierung gefunden werden, wobei die Veränderungen bei Patientinnen mit Häufiger Migräne stärker auftraten. Dies weist auf eine mögliche Rolle der einzelnen untersuchten Komponenten bei der Migränechronifizierung hin, was in weiteren Studien vertiefend untersucht werden sollte.
Interleukin-4 (IL-4) is an anti-inflammatory and analgesic cytokine that induces opioid receptor transcription. We investigated IL-4 knockout (ko) mice to characterize their pain behavior before and after chronic constriction injury (CCI) of the sciatic nerve as a model for neuropathic pain. We investigated opioid responsivity and measured cytokine and opioid receptor gene expression in the peripheral and central nervous system (PNS, CNS) of IL-4 ko mice in comparison with wildtype (wt) mice. Naïve IL-4 ko mice displayed tactile allodynia (wt: 0.45 g; ko: 0.18 g; p<0.001), while responses to heat and cold stimuli and to muscle pressure were not different. No compensatory changes in the gene expression of tumor necrosis factor-alpha (TNF), IL-1β, IL-10, and IL-13 were found in the PNS and CNS of naïve IL-4 ko mice. However, IL-1β gene expression was stronger in the sciatic nerve of IL-4 ko mice (p<0.001) 28 days after CCI and only IL-4 ko mice had elevated IL-10 gene expression (p = 0.014). Remarkably, CCI induced TNF (p<0.01), IL-1β (p<0.05), IL-10 (p<0.05), and IL-13 (p<0.001) gene expression exclusively in the ipsilateral spinal cord of IL-4 ko mice. The compensatory overexpression of the anti-inflammatory and analgesic cytokines IL-10 and IL-13 in the spinal cord of IL-4 ko mice may explain the lack of genotype differences for pain behavior after CCI. Additionally, CCI induced gene expression of μ, κ, and δ opioid receptors in the contralateral cortex and thalamus of IL-4 ko mice, paralleled by fast onset of morphine analgesia, but not in wt mice. We conclude that a lack of IL-4 leads to mechanical sensitivity; the compensatory hyperexpression of analgesic cytokines and opioid receptors after CCI, in turn, protects IL-4 ko mice from enhanced pain behavior after nerve lesion.
Prevention of tissue damages at the site of Leishmania major inoculation can be achieved if the BALB/c mice are systemically given L. major antigen (LmAg)-loaded bone marrow-derived dendritic cells (DC) that had been exposed to CpG-containing oligodeoxynucleotides (CpG ODN). As previous studies allowed establishing that interleukin-4 (IL-4) is involved in the redirection of the immune response towards a type 1 profile, we were interested in further exploring the role of IL-4. Thus, wild-type (wt) BALB/c mice or DC-specific IL-4 receptor \(\alpha\) (IL-4R \(\alpha\))-deficient (CD11c\(^{cre}\)IL-4R \(\alpha^{-/lox}\) BALB/c mice were given either wt or IL-4R \(\alpha\)-deficient LmAg-loaded bone marrow-derived DC exposed or not to CpG ODN prior to inoculation of 2x10\(^5\) stationary-phase L. major promastigotes into the BALB/c footpad. The results provide evidence that IL4/IL-4R alpha-mediated signaling in the vaccinating DC is required to prevent tissue damage at the site of L. major inoculation, as properly conditioned wt DC but not IL-4R alpha-deficient DC were able to confer resistance. Furthermore, uncontrolled L. major population size expansion was observed in the footpad and the footpad draining lymph nodes of CD11c\(^{cre}\)IL-4R \(\alpha^{-/lox}\) mice immunized with CpG ODN-exposed LmAg-loaded IL-4R \(\alpha\)-deficient DC, indicating the influence of IL-4R \(\alpha\)-mediated signaling in host DC to control parasite replication. In addition, no footpad damage occurred in BALB/c mice that were systemically immunized with LmAg-loaded wt DC doubly exposed to CpG ODN and recombinant IL-4. We discuss these findings and suggest that the IL4/IL4R \(\alpha\) signaling pathway could be a key pathway to trigger when designing vaccines aimed to prevent damaging processes in tissues hosting intracellular microorganisms.
The prevalence of chronic heart failure is still increasing making it a major health issue in the 21st century. Tremendous evidence has emerged over the past decades that heart failure is associated with a wide array of mechanisms subsumed under the term "inflammation". Based on the great success of immuno-suppressive treatments in auto-immunity and transplantation, clinical trials were launched targeting inflammatory mediators in patients with chronic heart failure. However, they widely lacked positive outcomes. The failure of the initial study program directed against tumor necrosis factor-a led to the search for alternative therapeutic targets involving a broader spectrum of mechanisms besides cytokines. We here provide an overview of the current knowledge on immune activation in chronic heart failure of different etiologies, summarize clinical studies in the field, address unresolved key questions, and highlight some promising novel therapeutic targets for clinical trials from a translational basic science and clinical perspective.
Abstract
In the murine model of Leishmania major infection, resistance or susceptibility to the parasite has been associated with the development of a Th1 or Th2 type of immune response. Recently, however, the immunosuppressive effects of IL-10 have been ascribed a crucial role in the development of the different clinical correlates of Leishmania infection in humans. Since T cells and professional APC are important cellular sources of IL-10, we compared leishmaniasis disease progression in T cell-specific, macrophage/neutrophil-specific and complete IL-10-deficient C57BL/6 as well as T cell-specific and complete IL-10-deficient BALB/c mice. As early as two weeks after infection of these mice with L. major, T cell-specific and complete IL-10-deficient animals showed significantly increased lesion development accompanied by a markedly elevated secretion of IFN-γ or IFN-γ and IL-4 in the lymph nodes draining the lesions of the C57BL/6 or BALB/c mutants, respectively. In contrast, macrophage/neutrophil-specific IL-10-deficient C57BL/6 mice did not show any altered phenotype. During the further course of disease, the T cell-specific as well as the complete IL-10-deficient BALB/c mice were able to control the infection. Furthermore, a dendritic cell-based vaccination against leishmaniasis efficiently suppresses the early secretion of IL-10, thus contributing to the control of parasite spread. Taken together, IL-10 secretion by T cells has an influence on immune activation early after infection and is sufficient to render BALB/c mice susceptible to an uncontrolled Leishmania major infection.
Author Summary
The clinical symptoms caused by infections with Leishmania parasites range from self-healing cutaneous to uncontrolled visceral disease and depend not only on the parasite species but also on the type of the host's immune response. It is estimated that 350 million people worldwide are at risk, with a global incidence of 1–1.5 million cases of cutaneous and 500,000 cases of visceral leishmaniasis. Murine leishmaniasis is the best-characterized model to elucidate the mechanisms underlying resistance or susceptibility to Leishmania major parasites in vivo. Using T cell-specific and macrophage-specific mutant mice, we demonstrate that abrogating the secretion of the immunosuppressive cytokine IL-10 by T cells is sufficient to render otherwise susceptible mice resistant to an infection with the pathogen. The healing phenotype is accompanied by an elevated specific inflammatory immune response very early after infection. We further show that dendritic cell-based vaccination against leishmaniasis suppresses the early secretion of IL-10 following challenge infection. Thus, our study unravels a molecular mechanism critical for host immune defense, aiding in the development of an effective vaccine against leishmaniasis.
Background: Tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis (TWEAK) and its receptor fibroblast growth factorinducible 14 (Fn14) are upregulated after myocardial infarction (MI) in both humans and mice. They modulate inflammation and the extracellular matrix, and could therefore be important for healing and remodeling after MI. However, the function of TWEAK after MI remains poorly defined.
Methods and results: Following ligation of the left coronary artery, mice were injected twice per week with a recombinant human serum albumin conjugated variant of TWEAK (HSA-Flag-TWEAK), mimicking the activity of soluble TWEAK. Treatment with HSA-Flag-TWEAK resulted in significantly increased mortality in comparison to the placebo group due to myocardial rupture. Infarct size, extracellular matrix remodeling, and apoptosis rates were not different after MI. However, HSA-Flag-TWEAK treatment increased infiltration of proinflammatory cells into the myocardium. Accordingly, depletion of neutrophils prevented cardiac ruptures without modulating all-cause mortality.
Conclusion: Treatment of mice with HSA-Flag-TWEAK induces myocardial healing defects after experimental MI. This is mediated by an exaggerated neutrophil infiltration into the myocardium.
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.
Background: The sympathetic nervous system is considered to modulate the endotoxin-induced activation of immune cells. Here we investigate whether thoracic epidural anesthesia with its regional symapathetic blocking effect alters endotoxin-induced leukocyte-endothelium activation and interaction with subsequent endothelial injury. Methods: Sprague Dawley rats were anesthetized, cannulated and hemodynamically monitored. E. coli lipopolysaccharide (Serotype 0127: B8, 1.5 mg x kg(-1) x h(-1)) or isotonic saline (controls) was infused for 300 minutes. An epidural catheter was inserted for continuous application of lidocaine or normal saline in endotoxemic animals and saline in controls. After 300 minutes we measured catecholamine and cytokine plasma concentrations, adhesion molecule expression, leukocyte adhesion, and intestinal tissue edema. Results: In endotoxemic animals with epidural saline, LPS significantly increased the interleukin-1 beta plasma concentration (48%), the expression of endothelial adhesion molecules E-selectin (34%) and ICAM-1 (42%), and the number of adherent leukocytes (40%) with an increase in intestinal myeloperoxidase activity (26%) and tissue edema (75%) when compared to healthy controls. In endotoxemic animals with epidural infusion of lidocaine the values were similar to those in control animals, while epinephrine plasma concentration was 32% lower compared to endotoxemic animals with epidural saline. Conclusions: Thoracic epidural anesthesia attenuated the endotoxin-induced increase of IL-1 beta concentration, adhesion molecule expression and leukocyte-adhesion with subsequent endothelial injury. A potential mechanism is the reduction in the plasma concentration of epinephrine.
FoxP3+Regulatory T Cells Determine Disease Severity in Rodent Models of Inflammatory Neuropathies
(2014)
Inflammatory neuropathies represent disabling human autoimmune disorders with considerable disease variability. Animal models provide insights into defined aspects of their disease pathogenesis. Forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory T lymphocytes (Treg) are anti-inflammatory cells that maintain immune tolerance and counteract tissue damage in a variety of immune-mediated disorders. Dysfunction or a reduced frequency of Tregs have been associated with different human autoimmune disorders. We here analyzed the functional relevance of Tregs in determining disease manifestation and severity in murine models of autoimmune neuropathies. We took advantage of the DEREG mouse system allowing depletion of Treg with high specificity as well as anti-CD25 directed antibodies to deplete Tregs in mice in actively induced experimental autoimmune neuritis (EAN). Furthermore antibody-depletion was performed in an adoptive transfer model of chronic neuritis. Early Treg depletion increased clinical EAN severity both in active and adoptive transfer chronic neuritis. This was accompanied by increased proliferation of myelin specific T cells and histological signs of peripheral nerve inflammation. Late stage Treg depletion after initial disease manifestation however did not exacerbate inflammatory neuropathy symptoms further. We conclude that Tregs determine disease severity in experimental autoimmune neuropathies during the initial priming phase, but have no major disease modifying function after disease manifestation. Potential future therapeutic approaches targeting Tregs should thus be performed early in inflammatory neuropathies.
CXCL10 Controls Inflammatory Pain via Opioid Peptide- Containing Macrophages in Electroacupuncture
(2014)
Acupuncture is widely used for pain treatment in patients with osteoarthritis or low back pain, but molecular mechanisms remain largely enigmatic. In the early phase of inflammation neutrophilic chemokines direct opioid-containing neutrophils in the inflamed tissue and stimulate opioid peptide release and antinociception. In this study the molecular pathway and neuroimmune connections in complete Freund's adjuvant (CFA)-induced hind paw inflammation and electroacupuncture for peripheral pain control were analyzed. Free moving Wistar rats with hind paw inflammation were treated twice with electroacupuncture at GB30 (Huan Tiao - gall bladder meridian) (day 0 and 1) and analyzed for mechanical and thermal nociceptive thresholds. The cytokine profiles as well as the expression of opioid peptides were quantified in the inflamed paw. Electroacupuncture elicited long-term antinociception blocked by local injection of anti-opioid peptide antibodies (beta-endorphin, met-enkephalin, dynorphin A). The treatment altered the cytokine profile towards an anti-inflammatory pattern but augmented interferon (IFN)-gamma and the chemokine CXCL10 (IP-10: interferon gamma-inducible protein) protein and mRNA expression with concomitant increased numbers of opioid peptide-containing CXCR3+ macrophages. In rats with CFA hind paw inflammation without acupuncture repeated injection of CXCL10 triggered opioid-mediated antinociception and increase opioid-containing macrophages. Conversely, neutralization of CXCL10 time-dependently decreased electroacupuncture-induced antinociception and the number of infiltrating opioid peptide-expressing CXCR3+ macrophages. In summary, we describe a novel function of the chemokine CXCL10 - as a regulator for an increase of opioid-containing macrophages and antinociceptive mediator in inflammatory pain and as a key chemokine regulated by electroacupuncture.