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Atherosclerosis is accepted to be a chronic inflammatory disease of the arterial vessel wall. Several cellular subsets of the immune system are involved in its initiation and progression, such as monocytes, macrophages, T and B cells. Recent research has demonstrated that dendritic cells (DCs) contribute to atherosclerosis, too. DCs are defined by their ability to sense and phagocyte antigens, to migrate and to prime other immune cells, such as T cells. Although all DCs share these functional characteristics, they are heterogeneous with respect to phenotype and origin. Several markers have been used to describe DCs in different lymphoid and non-lymphoid organs; however, none of them has proven to be unambiguous. The expression of surface molecules is highly variable depending on the state of activation and the surrounding tissue. Furthermore, DCs in the aorta or the atherosclerotic plaque can be derived from designated precursor cells or from monocytes. In addition, DCs share both their marker expression and their functional characteristics with other myeloid cells like monocytes and macrophages. The repertoire of aortic DCs in healthy and atherosclerotic mice has just recently started to be explored, but yet there is no systemic study available, which describes the aortic DC compartment. Because it is conceivable that distinct aortic DC subsets exert dedicated functions, a detailed description of vascular DCs is required. The first part of this thesis characterizes DC subsets in healthy and atherosclerotic mice. It describes a previously unrecognized DC subset and also sheds light on the origin of vascular DCs. In recent years, microRNAs (miRNAs) have been demonstrated to regulate several cellular functions, such as apoptosis, differentiation, development or proliferation. Although several cell types have been characterized extensively with regard to the miRNAs involved in their regulation, only few studies are available that focus on the role of miRNAs in DCs. Because an improved understanding of the regulation of DC functions would allow for new therapeutic options, research on miRNAs in DCs is required. The second part of this thesis focuses on the role of the miRNA cluster miR- 17~92 in DCs by exploring its functions in healthy and atherosclerotic mice. This thesis clearly demonstrates for the first time an anti-inflammatory and atheroprotective role for the miR17-92 cluster. A model for its mechanism is suggested.
Dendritic cells (DCs) are antigen presenting cells which serve as a passage between the innate and the acquired immunity. Aspergillosis is a major lethal condition in immunocompromised patients caused by the adaptable saprophytic fungus Aspergillus fumigatus. The healthy human immune system is capable to ward off A. fumigatus infections however immune-deficient patients are highly vulnerable to invasive aspergillosis. A. fumigatus can persist during infection due to its ability to survive the immune response of human DCs. Therefore, the study of the metabolism specific to the context of infection may allow us to gain insight into the adaptation strategies of both the pathogen and the immune cells. We established a metabolic model of A. fumigatus central metabolism during infection of DCs and calculated the metabolic pathway (elementary modes; EMs). Transcriptome data were used to identify pathways activated when A. fumigatus is challenged with DCs. In particular, amino acid metabolic pathways, alternative carbon metabolic pathways and stress regulating enzymes were found to be active. Metabolic flux modeling identified further active enzymes such as alcohol dehydrogenase, inositol oxygenase and GTP cyclohydrolase participating in different stress responses in A. fumigatus. These were further validated by qRT-PCR from RNA extracted under these different conditions. For DCs, we outlined the activation of metabolic pathways in response to the confrontation with A. fumigatus. We found the fatty acid metabolism plays a crucial role, along with other metabolic changes. The gene expression data and their analysis illuminate additional regulatory pathways activated in the DCs apart from interleukin regulation. In particular, Toll-like receptor signaling, NOD-like receptor signaling and RIG-I-like receptor signaling were active pathways. Moreover, we identified subnetworks and several novel key regulators such as UBC, EGFR, and CUL3 of DCs to be activated in response to A. fumigatus. In conclusion, we analyze the metabolic and regulatory responses of A. fumigatus and DCs when confronted with each other.
Innate and adaptive immune responses in neurodegenerative diseases have become recently a focus of research and discussions. Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder without known etiopathogenesis. The past decade has generated evidence for an involvement of the immune system in PD pathogenesis. Both inflammatory and autoimmune mechanisms have been recognized and studies have emphasized the role of activated microglia and T-cell infiltration. In this short review, we focus on dendritic cells, on their role in initiation of autoimmune responses, we discuss aspects of neuroinflammation and autoimmunity in PD, and we report new evidence for the involvement of neuromelanin in these processes.
Background: The Ikkα kinase, a subunit of the NF-kappa B-activating IKK complex, has emerged as an important regulator of inflammatory gene expression. However, the role of Ikkα-mediated phosphorylation in haematopoiesis and atherogenesis remains unexplored. In this study, we investigated the effect of a bone marrow (BM)-specific activation-resistant Ikk alpha mutant knock-in on haematopoiesis and atherosclerosis in mice.
Methods and Results: Apolipoprotein E (Apoe)-deficient mice were transplanted with BM carrying an activation-resistant Ikkα gene (Ikkα(AA/AA) Apoe(-/-)) or with Ikkα(+/+) Apoe(-/-) BM as control and were fed a high-cholesterol diet for 8 or 13 weeks. Interestingly, haematopoietic profiling by flow cytometry revealed a significant decrease in B-cells, regulatory T-cells and effector memory T-cells in Ikkα(AA/AA) Apoe(-/-) BM-chimeras, whereas the naive T-cell population was increased. Surprisingly, no differences were observed in the size, stage or cellular composition of atherosclerotic lesions in the aorta and aortic root of Ikkα(AA/AA) Apoe(-/-) vs Ikkα(+/+) Apoe(-/-) BM-transplanted mice, as shown by histological and immunofluorescent stainings. Necrotic core sizes, apoptosis, and intracellular lipid deposits in aortic root lesions were unaltered. In vitro, BM-derived macrophages from Ikkα(AA/AA) Apoe(-/-) vs Ikkα(+/+) Apoe(-/-) mice did not show significant differences in the uptake of oxidized low-density lipoproteins (oxLDL), and, with the exception of Il-12, the secretion of inflammatory proteins in conditions of Tnf-α or oxLDL stimulation was not significantly altered. Furthermore, serum levels of inflammatory proteins as measured with a cytokine bead array were comparable.
Conclusion: Our data reveal an important and previously unrecognized role of haematopoietic Ikkα kinase activation in the homeostasis of B-cells and regulatory T-cells. However, transplantation of Ikkα AA mutant BM did not affect atherosclerosis in Apoe(-/-) mice. This suggests that the diverse functions of Ikkα in haematopoietic cells may counterbalance each other or may not be strong enough to influence atherogenesis, and reveals that targeting haematopoietic Ikkα kinase activity alone does not represent a therapeutic approach.
Aspergillus fumigatus causes life-threatening opportunistic infections in immunocompromised patients. As therapeutic outcomes of invasive aspergillosis (IA) are often unsatisfactory, the development of targeted immunotherapy remains an important goal. Linking the innate and adaptive immune system, dendritic cells are pivotal in anti-Aspergillus defense and have generated interest as a potential immunotherapeutic approach in IA. While monocyte-derived dendritic cells (moDCs) require ex vivo differentiation, antigen-pulsed primary myeloid dendritic cells (mDCs) may present a more immediate platform for immunotherapy. To that end, we compared the response patterns and cellular interactions of human primary mDCs and moDCs pulsed with an A. fumigatus lysate and two A. fumigatus proteins (CcpA and Shm2) in a serum-free, GMP-compliant medium. CcpA and Shm2 triggered significant upregulation of maturation markers in mDCs and, to a lesser extent, moDCs. Furthermore, both A. fumigatus proteins elicited the release of an array of key pro-inflammatory cytokines including TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8, and CCL3 from both DC populations. Compared to moDCs, CcpA- and Shm2-pulsed mDCs exhibited greater expression of MHC class II antigens and stimulated stronger proliferation and IFN-γ secretion from autologous CD4\(^+\) and CD8\(^+\) T-cells. Moreover, supernatants of CcpA- and Shm2-pulsed mDCs significantly enhanced the oxidative burst in allogeneic neutrophils co-cultured with A. fumigatus germ tubes. Taken together, our in vitro data suggest that ex vivo CcpA- and Shm2-pulsed primary mDCs have the potential to be developed into an immunotherapeutic approach to tackle IA.
Targeted cancer therapy concepts often aim at the induction of adjuvant antitumor immunity or stimulation of tumor cell apoptosis. There is further evidence that combined application of immune stimulating and tumor apoptosis-inducing compounds elicits a synergistic antitumor effect. Here, we describe the development and characterization of bifunctional fusion proteins consisting of a single-chain variable fragment (scFv) domain derived from the CD40-specific monoclonal antibody G28-5 that is fused to the N-terminus of stabilized trimeric soluble variants of the death ligand TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL). As shown before by us and others for other cell surface antigen-targeted scFv-TRAIL fusion proteins, scFv:G28-TRAIL displayed an enhanced capacity to induce apoptosis upon CD40 binding. Studies with scFv:G28 fusion proteins of TRAIL mutants that discriminate between the two TRAIL death receptors, TRAILR1 and TRAILR2, further revealed that the CD40 binding-dependent mode of apoptosis induction of scFv:G28-TRAIL is operable with each of the two TRAIL death receptors. Binding of scFv:G28-TRAIL fusion proteins to CD40 not only result in enhanced TRAIL death receptor signaling but also in activation of the targeted CD40 molecule. In accordance with the latter, the scFv:G28-TRAIL fusion proteins triggered strong CD40-mediated maturation of dendritic cells. The CD40-targeted TRAIL fusion proteins described in this study therefore represent a novel type of bifunctional fusion proteins that couple stimulation of antigen presenting cells and apoptosis induction.
Solid organ transplantation is an established therapeutic approach in modern medicine to extend and to improve the life of patients in the final stages of organ failure. Transplantation between genetically non-identical individuals leads to the activation of the transplant recipient's immune system. This alloimmune response is a consequence of the recognition of foreign MHC molecules by alloreactive host T cells. To prevent their activation and the subsequently induced activation of further cell subsets (e.g. B cells, cytotoxic T cells, macrophages)immunosuppressive drugs are absolutely necessary in the clinic. However,permanent immunosuppression leads to severe side effects such as nephrotoxicity, diabetes and hyperlipidaemia, and a reduced immunity to infections and malignant diseases. At the moment, there is no real alternative to immunosuppression. The purpose of this study was to analyse the importance of rat dendritic cells with immune inhibitory properties to prevent the immune activation after experimental transplantation. The rat is one of the most important animal models for experimental organ transplantation in a clinic-relevant procedure. In order to modulate the immune response after transplantation in an antigenspecific manner, the strategy should include the alloantigens. These antigens have to be presented by immature dendritic cells in the absence of costimulatory signals in order to turn alloreactive T cells into anergic or regulatory T cells instead of effector T cells. For a certain rat model of allograft rejection,the immunodominant peptide P1 was identified as an important alloantigen which accelerates graft rejection. Such a model offers an attractive and practical approach to analyse the potential of host tolerogeneic dendritic cells pulsed with P1 to suppress the allograft-induced immune response in an antigen-specific manner without the need of chronic immunosuppression. A homogenous population of rat immature dendritic cells was generated from bone marrow precursors cultured with GM-CSF and IL-4 (= IL-4 DCs) or GM65 CSF and IL-10 (= IL-10 DCs). These cells with an identical immature phenotype showed no or a very low surface expression of costimulatory molecules like CD80 and CD86 and a 10-fold reduced expression of MHC class II molecules in comparison to mature splenic DCs. No obvious difference was observed between the phenotype of the IL-4 DCs and the IL-10 DCs. Neither IL-4 DCs nor IL-10 DCs were able to activate naïve T cells or to restimulate antigen-specific T cells. This strong inhibitory effect, mediated within 24 hours, was dependent on the number of immature dendritic cells added to the proliferation assay. Antigen-specific T cells pre-incubated with IL-4 DCs and IL-10 DCs, respectively, were not able to proliferate in the presence of P1-pulsed mature DCs. This anergic state was reversible with the addition of exogenous IL-2. T cells incubated with IL-4 DCs (= IL-4 DC-Ts) were able to inhibit the T cell proliferation in a cell number dependent manner. In contrast, antigen-specific T cells pre-incubated with P1-pulsed IL-10 DCs (= IL-10 DC-Ts)showed no effect on the proliferation assay. This was the unique difference between IL-4 DCs and IL-10 DCs found in the present study. Immature DCs influenced also the immune response after transplantation. Different numbers of P1-loaded immature IL-4 DCs and IL-10 DCs were transferred intravenously into Lewis rats one day before transplantation. The best results were obtained with 30 million P1-pulsed immature DCs which prolonged the survival time to a median of 11.2 ± 1.6 days. In addition, the antigen specificity of this effect was demonstrated with a third-party graft from Brown Norway donors. These findings suggest that an antigen-specific modulation of the immune response is possible using immature dendritic cells loaded with the allogeneic antigens. Even more, the protocols described in the present study show that the immune system can be, at least temporarily, controlled after transplantation without the use of immunosuppressive drugs.
Understanding the mechanisms of early invasion and epithelial defense in opportunistic mold infections is crucial for the evaluation of diagnostic biomarkers and novel treatment strategies. Recent studies revealed unique characteristics of the immunopathology of mucormycoses. We therefore adapted an alveolar Transwell® A549/HPAEC bilayer model for the assessment of epithelial barrier integrity and cytokine response to Rhizopus arrhizus, Rhizomucor pusillus, and Cunninghamella bertholletiae. Hyphal penetration of the alveolar barrier was validated by 18S ribosomal DNA detection in the endothelial compartment. Addition of dendritic cells (moDCs) to the alveolar compartment led to reduced fungal invasion and strongly enhanced pro-inflammatory cytokine response, whereas epithelial CCL2 and CCL5 release was reduced. Despite their phenotypic heterogeneity, the studied Mucorales species elicited the release of similar cytokine patterns by epithelial and dendritic cells. There were significantly elevated lactate dehydrogenase concentrations in the alveolar compartment and epithelial barrier permeability for dextran blue of different molecular weights in Mucorales-infected samples compared to Aspergillus fumigatus infection. Addition of monocyte-derived dendritic cells further aggravated LDH release and epithelial barrier permeability, highlighting the influence of the inflammatory response in mucormycosis-associated tissue damage. An important focus of this study was the evaluation of the reproducibility of readout parameters in independent experimental runs. Our results revealed consistently low coefficients of variation for cytokine concentrations and transcriptional levels of cytokine genes and cell integrity markers. As additional means of model validation, we confirmed that our bilayer model captures key principles of Mucorales biology such as accelerated growth in a hyperglycemic or ketoacidotic environment or reduced epithelial barrier invasion upon epithelial growth factor receptor blockade by gefitinib. Our findings indicate that the Transwell® bilayer model provides a reliable and reproducible tool for assessing host response in mucormycosis.
Atherosclerosis is the main underlying cause for cardiovascular events such as myocardial infarction and stroke and its development might be influenced by immune cells. Dendritic cells (DCs) bridge innate and adaptive immune responses by presenting antigens to T cells and releasing a variety of cytokines. Several subsets of DCs can be discriminated that engage specific transcriptional pathways for their development. Basic leucine zipper transcription factor ATF-like 3 (Batf3) is required for the development of classical CD8α\(^{+}\) and CD103\(^{+}\) DCs. By crossing mice deficient in Batf3 with atherosclerosis-prone low density lipoprotein receptor (Ldlr\(^{−/-}\))-deficient mice we here aimed to further address the contribution of Batf3-dependent CD8α\(^{+}\) and CD103\(^{+}\) antigen-presenting cells to atherosclerosis. We demonstrate that deficiency in Batf3 entailed mild effects on the immune response in the spleen but did not alter atherosclerotic lesion formation in the aorta or aortic root, nor affected plaque phenotype in low density lipoprotein receptor-deficient mice fed a high fat diet. We thus provide evidence that Batf3-dependent antigen-presenting cells do not have a prominent role in atherosclerosis.
Während der Schwangerschaft kommt es gegen das mit Fremdantigen beladene Kind nicht zu einer cytotoxischen Immunreaktion. Da sich auch der Hormonhaushalt der Mutter ändert, stellt sich die Frage nach dem Zusammenhang zwischen dem Immunsystem und der Hormonlage. Dendritische Zellen sind bedeutende Zellen im menschlichen Immunsystem . Diese wurden aus Buffy coats angezüchtet und mit schwangerschaftsassoziierten Hormonen versetzt. Nachdem man die von den DC produzierten Cytokine mittels ELISA gemessen hatte, liess sich eine Aussage darüber treffen wie die Hormone die dendritischen Zellen in ihrer Stoffproduktion beeinflussen und ob sie protektiv, bzw. cytotoxisch auf das Schwangerschaftsgeschehen wirken.
Die Morphogenese von Viruspartikeln und deren Freisetzung aus infizierten Zellen sind späte Schritte im viralen Lebenszyklus. Matrix-Proteine (M) negativsträngiger RNA-Viren und Retroviren, bei denen es sich um periphere Membran-assoziierte Proteine handelt, spielen für diese Prozesse eine besonders wichtige Rolle. Im Verlauf der Masernvirus (MV)-Infektion interagiert das M-Protein mit dem viralen Nukleoproteinkomplex im Innern der Viruspartikel einerseits und mit den viralen Glykoproteinen auf der Oberfläche andererseits. Die Bedeutung des MV M-Proteins für die Partikelproduktion und sein intrazellulärer Transport wurden bislang wenig untersucht. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das MV M-Protein in höhermolekularen Komplexe oligomerisiert und transient mono-ubiquitiniert vorliegt. Beide biochemischen Eigenschaften des M-Proteins sind wahrscheinlich für die Partikelentstehung von Bedeutung, wie durch Studien an M-Protein-Orthologen anderer Viren bereits belegt wurde. Das MV M-Protein assoziierte mit Membranen und speziellen Membranmikrodomänen, sogenannten Detergenz-resistenten Membranfraktionen (DRMs), und vermittelte nach transienter Expression in Fibroblasten die Produktion Virus-ähnlicher Partikel (virus-like particles, VLPs). Es ist beschrieben, dass umhüllte Viren präferenziell aus DRMs freigesetzt werden. Die Koexpression des MV-Glykoproteins F erhöhte den Anteil mit DRM-assoziierten M-Proteins um ein Vierfaches, steigerte jedoch, wie auch das H-Protein, die Effizienz der VLP-Freisetzung nicht. Überraschenderweise waren beide jedoch selbst in der Lage VLPs zu induzieren. Die Effizienz der VLP-Produktion war gering und entsprach der der Viruspartikelfreisetzung. Dendritische Zellen (DCs) sind für MV semipermissiv. Obwohl alle viralen Proteine synthetisiert werden, wird kein infektiöses Virus freigesetzt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die intrazelluläre Lokalisation der M-, H- und N-Proteine dramatisch von der in der produktiv infizierbaren Fibroblastenzelllinie HeLa abweicht. Während in infizierten HeLa-Zellen das M-Protein mit Lamp-1-positiven späten Endosomen kolokalisierte, akkumulierten in DCs alle untersuchten viralen Proteine in einem spät endosomalen Kompartiment, das das Tetraspanin CD81, aber nicht Lamp-1, enthielt und möglicherweise an der MHC-Klasse-II-abhängigen Antigenpräsentation beteiligt ist.
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.
Dendritische Zellen stellen ein essentielles Bindeglied zwischen angeborener und adaptiver Immunität dar. Sie stammen aus dem Knochenmark und bilden ein Netzwerk von heterogenen Zellpopulationen. In peripheren Geweben liegen sie als unreife Zellen mit einem hohen Potential zur Aufnahme und Prozessierung von Mikroorganismen vor. Nach der Aufnahme von eindringenden Mikroorganismen beginnen dendritische Zellen jedoch, sich von einem prozessierenden in ein präsentierendes Stadium zu differenzieren, und wandern zu den sekundären lymphatischen Organen, um dort den naïven T-Zellen die mikrobiellen Antigene zu präsentieren. Die gerichtete Wanderung von dendritischen Zellen ist hierbei ein zentraler Bestandteil der immunstimulatorischen und -modulatorischen Funktion dieser Zellen. Eine essentielle Rolle bei diesem Migrationsverhalten spielen chemotaktische Zytokine (Chemokine). Chemokine sind Proteine mit einem niedermolekularen Gewicht (8-10 kDa), welche anhand ihres strukturellen Cysteinmotifs in vier Gruppen unterteilt und entweder als CXC-, CC-, C- und CX3C- Chemokine oder als α-, β-, δ- und γ-Chemokine bezeichnet werden. Arbeiten der eigenen Arbeitsgruppe am Modell der kutanen Leishmaniose haben jedoch gezeigt, dass die Funktion von Chemokinen weitaus mehr umfasst, als lediglich die zielgerichtete Steuerung der Migration immunologisch wichtiger Zellen. So konnte in diesen Studien nicht nur gezeigt werden, dass das Muster der Expression von Chemokinen mit der Schwere des Krankheitsbildes korreliert, sondern auch, dass das Chemokin CCL2/MCP-1 in der Lage ist, einen direkten Einfluss auf die intrazelluläre Erregerabwehr zu nehmen. Diese Arbeiten bezogen sich jedoch auf humane Hautbiopsien und aus Humanblut isolierten Zellen. Eine detaillierte Analyse des Infektionsverlaufes unter definierten Bedingungen (konstante Infektionsdosis und -art, kontrollierte Infektionsdauer, Verwendung von klonierten Parasiten, einheitlicher genetischer Hintergrund des Wirts) ist bei Patienten jedoch nicht möglich. Deshalb wurde die experimentelle Leishmanieninfektion von Inzuchtmäusen (suszeptible BALB/c- und resistente C57BL/6-Mäuse) herangezogen, um die Kinetik der Chemokinexpression und deren Korrelation mit dem Verlauf der kutanen Leishmaniose zu bestimmen. Die Arbeiten dieser Doktorarbeit zeigen erstmals, dass ebenso wie im humanen System bei der experimentellen Leishmaniose in der Maus die Fähigkeit zur Abwehr dieses Erregers mit einer verstärkten Expression von CCL2/MCP-1 in der infizierten Haut korreliert. Des Weiteren konnte zwar eine CCL2/MCP-1-induzierte leishmanizide Wirkung in murinen Makrophagen festgestellt werden, ein vergleichbarer Effekt blieb bei Langerhans-Zellen, den dendritischen Zellen der Haut, jedoch aus. Weiterhin sollte der Einfluss einer Leishmanieninfektion auf das CCL2/MCP-1- induzierte Wanderungsverhalten von Langerhans-Zellen untersucht werden, da aus der Literatur bekannt ist, dass das Chemokin CCL2/MCP-1 die Migration dendritischer Zellen induziert. Die Studien der Doktorarbeit ergaben hierbei, dass eine Infektion mit Leishmania major zu einer signifikanten Verminderung der durch CL2/MCP-1 oder CCL3/MIP-1α induzierten Migration von Langerhans-Zellen führt. Eine mögliche Ursache für dieses Resultat war hierbei in dem Einfluss einer Infektion mit Leishmanien auf die Expression von Chemokinrezeptoren in dendritischen Zellen zu finden. Anschließende Untersuchungen der mRNA-Expression dieser Rezeptoren konnten diese Vermutung bestätigen. So wurde nach einer Infektion von dendritischen Zellen mit L. major eine Reduktion der mRNA-Expression der Chemokinrezeptoren CCR2 und CCR5 festgestellt. Anschließende FACS-Analysen und Studien mit Hilfe des konfokalen Lasermikroskops führten zu einem ähnlichen Resultat. Interessanterweise bewirkt die Infektion mit L. major andererseits eine Hochregulation der mRNA-Expression von CCR7 in dendritischen Zellen. Von diesem Rezeptor ist bekannt, dass er die Chemokine CCL19/MIP-3β und CCL21/6Ckine, welche im Lymphknoten konstitutiv exprimiert werden, mit großer Affinität bindet und für die zielgerichtete Migration dendritischer Zellen in dieses Organ essentiell ist. Weitere Versuche ergaben zudem eine verstärkte CXCL10/IP-10-mRNA-Expression in dendritischen Zellen aus L. major-resistenten C57BL/6-Mäusen, welche bei dendritischen Zellen aus BALB/c-Mäusen nicht festgestellt worden ist. Zusammenfassend konnte in dieser Doktorarbeit gezeigt werden, dass eine Infektion dendritischer Zellen mit L. major sowohl bei suszeptiblen als auch bei resistenten Mäusen zu einer Modulation der Expression von Chemokinrezeptoren führt, die sowohl für die Lokalisation der Zellen in den entzündeten Hautarealen verantwortlich sind (CCR2 und CCR5), als auch ihre Wanderung in die Lymphknoten steuern CCR7). Darüber hinaus lässt die wirtsspezifische Modulation des Chemokins CXCL10/IP-10 in resistenten Tieren vermuten, dass sie zur Kontrolle der Infektion beiträgt.
Dendritische Zellen spielen eine zentrale Rolle bei der Regulation von Immunantworten. Neuere Forschungsergebnisse zeigen, wie vielfältig diese außergewöhnliche Zellpopulation die Richtung einer Immunantwort beeinflussen kann. So stellen DC nicht nur die wohl wichtigsten antigenpräsentierenden Zellen dar und induzieren hocheffektive inflammatorische Immunantworten, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Vermittlung immunologischer Toleranz. Die Entdeckung dendritischer Zellen in menschlicher Dezidua wirft die Frage nach der Beteiligung der DC an den immunologischen Vorgängen an der fetomaternalen Grenzzone auf. Trotz der großen Zahl an Untersuchungen konnte bis heute nicht abschließend geklärt werden, welche Mechanismen zur immunologischen Akzeptanz des Feten durch das mütterliche Immunsystem beitragen. Während der Schwangerschaft finden sich neben den veränderten Spiegeln für Progesteron, b-Estradiol, bHCG und weiteren Hormonen auch wesentliche Veränderungen im Zytokinmilieu des uterinen Gewebes. Für einige Zellpopulationen sind Interaktionen zwischen dem Immunsystem und dem endokrinen System bereits nachgewiesen - für DC lag bisher jedoch noch keine systematische Untersuchung vor. Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Wirkung schwangerschaftsassoziierter Hormone auf humane DC gezeigt werden. Als Modellsystem wurden in vitro aus Monozyten des peripheren Blutes differenzierte DC gewählt. Ausgereifte DC (mDC) wurden mit verschiedenen Konzentrationen von Progesteron, 17b-Estradiol, bHCG und Dexamethason behandelt. Untersucht wurden Veränderungen der Zytokinspiegel in den Zellkulturüberständen mittels ELISA. Die Veränderung der Oberflächenmarkerexpression wurde durchflusszytometrisch im FACS gemessen und Veränderungen der T-Zellstimulationskapazität in Stimulationsversuchen (MLR) gemessen. Die Messungen zeigten deutliche Veränderungen der Zytokinspiegel nach Stimulation der Zellen mit schwangerschaftsassoziierten Hormonen. Dagegen bestätigte die Untersuchung der Oberflächenmarkerexpression im FACS zwar den ausdifferenzierten Phänotyp der DC, konnte ansonsten aber nur für mit Dexamethason behandelte DC signifikante Veränderungen der Reifungs- und Aktivierungsmarker zeigen. Die T-Zellstimulationsassays zeigten keine wesentliche Beeinflussung der DC durch schwangerschaftsassoziierte Hormone. Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass eine endokrine Beeinflussung der reifen dendritischen Zellen durchaus stattfindet, eine wesentliche Wirkung allerdings nur auf die Zytokinexpression dendritischer Zellen nachweisbar ist. Signifikant sind hier die verminderte Produktion inflammatorischer Th1-Zytokine und hochsignifikante Steigerung der IL-10-Sekretion nach Behandlung der Zellen mit Dexamethason und Progesteron, insbesondere in der Kombination von Progesteron mit bHCG. Die für den Erhalt der Schwangerschaft entscheidenden Veränderungen des Zytokinmilieus an der fetomaternalen Grenzzone mit erniedrigten Th1- und erhöhten Th2-Zytokinspiegeln könnten also durch die veränderte Zytokinproduktion der DC mitbestimmt werden.
Dendritische Zellen (DC) sind spezialisierte antigenpräsentierende Zellen. Die von Monozyten abgeleiteten DC sezernieren überwiegend Zytokine vom Th1-Typ. Da während der normalen Schwangerschaft die Produktion von Th2-Zytokinen durch immunkompetente Zellen überwiegt, ist zu vermuten, dass die auf der Oberfläche des Trophoblasten exprimierten Moleküle HLA-G und HLA-E die Zytokinproduktion der DC modulieren. Material und Methoden. DC wurden aus isolierten Monozyten des peripheren Blutes kultiviert. Nach Inkubation mit Leukämiezellen der Linie K-562, an deren Oberfläche die HLA Moleküle der Klassen I und II fehlen und die mit HLA-G oder HLA-E transfiziert wurden, sowie mit nicht transfizierten K-562 Zellen (Kontrollen) wurden die Konzentrationen der Zytokine IL-10, IL-12p70, IL-18 und TNF-alpha sowie des Chemokins IL-8 im Überstand mit ELISA bestimmt. Ergebnisse. Die Kultur mit nicht transfizierten K-562 Zellen resultierte in einem signifikanten Anstieg der Produktion von IL-8 und TNF-alpha durch unreife und reife DC sowie von IL-10 durch unreife DC (p < 0,01). In der Kokultur mit HLA-G und HLA-E transfizierten Zellen nahm im Vergleich dazu die Produktion von IL-8 durch unreife und reife DC und die von IL-10 und TNF-alpha durch unreife DC signifikant (p < 0,01) ab. Der Kontakt mit HLA-G und HLA-E transfizierten Zellen hatte keinen Effekt auf die Sekretion von IL-12p70 und IL-18 durch DC. Schlussfolgerungen. Diese Resultate zeigen, dass DC nach Kontakt mit nicht HLA-präsentierenden Zellen mit einer Ausschüttung von Zytokinen reagieren. Der eindeutige suppressive Effekt von HLA-G und HLA-E auf die Produktion des Th 1-Zytokins TNF-alpha, des Th 2-Zytokins IL-10 und des Chemokins IL-8 durch unreife DC liefert einen weiteren Beleg für die zentrale Rolle von HLA-G und HLA-E bei der Immuntoleranz der normal verlaufenden Frühschwangerschaft.
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.
The development of two conventional dendritic cells (DC) subsets (cDC1 and cDC2) and the plasmacytoid DC (pDC) in vivo and in cultures of bone marrow (BM) cells is mediated by the growth factor Flt3L. However, little is known about the factors that direct the development of the individual DC subsets. Here, we describe the selective in vitro generation of murine ESAM\(^{low}\) CD103\(^{-}\) XCR1\(^{-}\) CD172a\(^{+}\) CD11b\(^{+}\) cDC2 from BM by treatment with a combination of Flt3L, LIF, and IL‐10 (collectively named as FL10). FL10 promotes common dendritic cell progenitors (CDP) proliferation in the cultures, similar to Flt3L and CDP sorted and cultured in FL10 generate exclusively cDC2. These cDC2 express the transcription factors Irf4, Klf4, and Notch2, and their growth is reduced using BM from Irf4\(^{-/-}\) mice, but the expression of Batf3 and Tcf4 is low. Functionally they respond to TLR3, TLR4, and TLR9 signals by upregulation of the surface maturation markers MHC II, CD80, CD86, and CD40, while they poorly secrete proinflammatory cytokines. Peptide presentation to TCR transgenic OT‐II cells induced proliferation and IFN‐γ production that was similar to GM‐CSF‐generated BM‐DC and higher than Flt3L‐generated DC. Together, our data support that FL10 culture of BM cells selectively promotes CDP‐derived ESAM\(^{low}\) cDC2 (cDC2B) development and survival in vitro.
Dendritic cells (DCs) and macrophages (Mph) share many characteristics as components of the innate immune system. The criteria to classify the multitude of subsets within the mononuclear phagocyte system are currently phenotype, ontogeny, transcription patterns, epigenetic adaptations, and function. More recently, ontogenetic, transcriptional, and proteomic research approaches uncovered major developmental differences between Flt3L-dependent conventional DCs as compared with Mphs and monocyte-derived DCs (MoDCs), the latter mainly generated in vitro from murine bone marrow-derived DCs (BM-DCs) or human CD14\(^{+}\) peripheral blood monocytes. Conversely, in vitro GM-CSF-dependent monocyte-derived Mphs largely resemble MoDCs whereas tissue-resident Mphs show a common embryonic origin from yolk sac and fetal liver with Langerhans cells (LCs). The novel ontogenetic findings opened discussions on the terminology of DCs versus Mphs. Here, we bring forward arguments to facilitate definitions of BM-DCs, MoDCs, and LCs. We propose a group model of terminology for all DC subsets that attempts to encompass both ontogeny and function.
The diploid, polymorphic yeast Candida albicans is one of the most important human pathogenic fungi. C. albicans can grow, proliferate and coexist as a commensal on or within the human host for a long time. However, alterations in the host environment can render C. albicans virulent. In this review, we describe the immunological cross-talk between C. albicans and the human innate immune system. We give an overview in form of pairs of human defense strategies including immunological mechanisms as well as general stressors such as nutrient limitation, pH, fever etc. and the corresponding fungal response and evasion mechanisms. Furthermore, Computational Systems Biology approaches to model and investigate these complex interactions are highlighted with a special focus on game-theoretical methods and agent-based models. An outlook on interesting questions to be tackled by Systems Biology regarding entangled defense and evasion mechanisms is given.
Mesenchymale Stammzellen (MSC) sind starke Suppressoren des Immunsystems. Für die immunsupressive Wirkung werden lösliche Faktoren propagiert. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob neben den bekannten Sekretionsfaktoren stromaler Stammzellen wie RANK/RANKL/OPG, TNFα, IFNγ und verschiedene Interleukine, andere Sekretionsfaktoren eine immunmodulatorische Wirkung auf monozytäre Zellen haben. Als Sekretionsprodukt wurde hCyr61 untersucht, das im Überstand von mit TNFα behandelten humanen fetalen Osteoblasten (hFOB) nachgewiesen worden war. Das zur CCN-Familie gehörende Protein hCyr61 ist an der Angiogenese beteiligt, wird im Kallus während der Frakturheilung vermehrt exprimiert und hat, wie zwischenzeitlich nachgewiesen wurde, einen deutlichen Effekt auf die Differenzierung endothelialer Vorläuferzellen aus monozytären Zellen. In den hier beschriebenen Experimenten wurden sowohl monozytäre Zellen aus peripherem Blut (PBMC), als auch THP1-Zellen auf die Veränderung der CD14-, 80-, 83- und 86- Expression unter Stimulation mit und ohne Il-4, GM-CSF und hCyr61 untersucht. Die Expressionsänderung wurde mittels konventioneller PCR, real-time PCR und FACS-Analyse untersucht. In allen drei Nachweismethoden zeigte sich ein Verlust typisch monozytärer Marker wie CD14 unter Stimulation mit hCyr61. Der Verlust an CD14 scheint bei PBMC deutlicher als bei THP1-Zellen, was möglicherweise durch die oben beschriebene endotheliale Differenzierung erklärt wird. THP1-Zellen befinden sich bereits in einer höheren Differenzierungsstufe, sodass sie ihr monozytäres Commitment nicht vollständig verlieren.