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Background: There is much evidence that T cells are strongly involved in the pathogenesis of localized and systemic forms of scleroderma (SSc). A dysbalance between FoxP3+ regulatory CD4+ T cells (Tregs) and inflammatory T-helper (Th) 17 cells has been suggested. Methods: The study aimed (1) to investigate the phenotypical and functional characteristics of Th17 and Tregs in SSc patients depending on disease manifestation (limited vs. diffuse cutaneous SSc, dcSSc) and activity, and (2) the transcriptional level and methylation status of Th17- and Treg-specific transcription factors. Results: There was a concurrent accumulation of circulating peripheral IL-17-producing CCR6+ Th cells and FoxP3+ Tregs in patients with dcSSc. At the transcriptional level, Th17- and Treg-associated transcription factors were elevated in SSc. A strong association with high circulating Th17 and Tregs was seen with early, active, and severe disease presentation. However, a diminished suppressive function on autologous lymphocytes was found in SSc-derived Tregs. Significant relative hypermethylation was seen at the gene level for RORC1 and RORC2 in SSc, particularly in patients with high inflammatory activity. Conclusions: Besides the high transcriptional activity of T cells, attributed to Treg or Th17 phenotype, in active SSc disease, Tregs may be insufficient to produce high amounts of IL-10 or to control proliferative activity of effector T cells in SSc. Our results suggest a high plasticity of Tregs strongly associated with the Th17 phenotype. Future directions may focus on enhancing Treg functions and stabilization of the Treg phenotype.
Unklarheit herrscht bis dato über die genauen Zusammenhänge bei der Pathogenese der SSc. T-Zellen scheinen allerdings eine entscheidende Rolle in der Entstehung dieser Autoimmunerkrankung zu spielen. Zur Untersuchung dieses Aspekts wurde in dieser Arbeit eine Charakterisierung peripher zirkulierender T-Zellen sowie eine Überprüfung der Funktionalität von regulatorischen T-Zellen vorgenommen.
Generell zeigte sich in den peripheren CD4+ und CD8+ T-Zellen der SSc-Patienten ein höheres Maß an Inflammationsbereitschaft und Immunoseneszenz. Dies spiegelte sich einerseits durch niedrigere Proportionen von naiven CD4+ und CD8+ T-Zellen und größeren Mengen an Gedächtnis-T-Zellen wider.
Andererseits zeigte sich, dass gerade die bei SSc-Patienten vermehrt vorkommenden CD4+ Gedächtnis-T-Zellen durch Produktion von TNF-α, einem proinflammatorischen Zytokin, zur vermehrten proinflammatorische Bereitschaft der T-Zellen bei SSc-Patienten beitragen könnten.
CD8+ Effektor und Gedächtniszellpopulationen zeigten im Gegensatz zu den CD4+ T-Zellen keine vermehrte Produktion von proinflammatorischen Zytokinen wie TNF-α und IFN-γ. Allerdings konnten sie als Produzenten von in der Literatur als profibrotisch beschriebenen Zytokinen wie IL-13 und IL-4 identifiziert werden.
Besonders bei Patienten mit der diffusen Form der SSc zeigten sich die beschriebenen Auffälligkeiten in deutlicherem Ausmaß als bei den Patienten mit der limitierten kutanen Form, die mit einem leichteren klinischen Phänotyp einhergeht.
Eine besonders in den Fokus gerückte Population der CD4+ T-Zellen sind die Th-17 Zellen, denen vor allem proinflammatorische Aspekte und Beteiligung an der Pathogenese verschiedener Autoimmunerkrankungen zugeschrieben wird. Hier konnte gezeigt werden, dass Th-17 vor allem bei SSc-Patienten mit schwereren Phänotypen der Erkrankung in vermehrtem Maße zu finden sind und dass diese im Vergleich zu gesunden Probanden auch vermehrt Interleukin-17 produzieren, was als Leitzytokin der Th17 gilt und starke inflammatorische Effekte bedingt.
Regulatorische T-Zellen, die man als Gegenpol der inflammatorischen T-Zellen sieht, scheinen in Patienten mit SSc zwar vermehrt vorhanden zu sein, allerdings zeigten sich die suppressiven Effekte der Tregs bei SSc-Patienten vermindert. Dies könnte zum Beispiel an der hier gezeigten verminderten Produktion von IL-10 durch Tregs bei SSc-Patienten liegen.
Eine Stabilisierung des Treg-Phänotyps, wie sie bereits experimentell bei GVHD-Patienten bzw. bei Patienten mit chronischen Abstoßungsreaktionen nach Organtransplantationen durchgeführt wird, könnte nach Interpretation unserer Ergebnisse ebenfalls bei der SSc einen Versuch wert sein.
Außerdem könnten Studien zur Effektivität von bereits bei anderen Autoimmunerkrankungen erprobten Antikörpern gegen IL-17A und IL-13 bei SSc-Patienten erfolgversprechend sein, da in der Literatur der negative Einfluss dieser profibrotischen Zytokine auf das Fortschreiten der Erkrankung suggeriert wird und in dieser Arbeit die vermehrte Produktion der zwei Zytokine durch verschiedene T-Zell-Subpopulationen bei SSc-Patienten gezeigt wurde.
In der vorliegenden Arbeit wurden neue Materialien für die additive Fertigung für opti-sche Anwendungen entwickelt. Hierbei wurde zunächst ein ORMOCER® Harz für den LCD/DLP 3D-Druck synthetisiert und charakterisiert. Das Material zeigte eine gute Druckbarkeit, gute optische Eigenschaften und eine hohe Stabilität gegenüber Belas-tungen mit UV-Licht, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die prozessbedingte Stufenbil-dung für gekrümmte Oberflächen beim LDC/DLP Druck erforderte eine Weiterentwick-lung zu einem Harz, das auch mittels Inkjet-Verfahren gedruckt werden kann. Hierfür mussten die Viskosität des ORMOCER®s und die Einflüsse darauf untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde die Synthese entsprechend verändert und die Produkte cha-rakterisiert. Variationen des Wasseranteils, des Katalysators, der Reaktionszeit, der Re-aktionsführung und der Edukte wurden durchgeführt. Harze mit resultierender niedriger Viskosität dürfen zusammenfassend nur zweifach anorganisch vernetzende Edukte mit niedrigem Reibungskoeffizienten beinhalten. Ein H2O-Verhältnis von 0,5 zu den vorlie-genden Si-O-Gruppen resultiert in akzeptablen Viskositäten und einer ausreichenden Stabilität. Als zuverlässiger Katalysator stellte sich HCl heraus. Die Reaktionszeit muss so gewählt werden, dass die Sol-Gel-Synthese abgeschlossen ist. Kürzere Zeiten füh-ren zwar zu kleineren Viskositäten, jedoch auch zu eventuell schlechter Langzeitstabili-tät. Veränderungen in der Reaktionsführung, durch Zutropfen der Edukte, resultierten jedoch vorwiegend zur Erhöhung der Viskositäten. Mit diesen Erkenntnissen wurde an-schließend ein Harz synthetisiert, das erfolgreich ohne weitere Verdünnungsschritte am Inkjet-Drucker prozessiert werden konnte. Dieses Harz ist zusätzlich auch am LCD/DLP Drucker einsetzbar.
Als ergänzender Schritt konnte im Anschluss noch gezeigt werden, dass Partikel in Harze zusätzliche Eigenschaften, wie Fluoreszenz, einbringen können.
Cytotoxic T lymphocytes are effector CD8\(^{+}\) T cells that eradicate infected and malignant cells. Here we show that the transcription factor NFATc1 controls the cytotoxicity of mouse cytotoxic T lymphocytes. Activation of Nfatc1\(^{-/-}\) cytotoxic T lymphocytes showed a defective cytoskeleton organization and recruitment of cytosolic organelles to immunological synapses. These cells have reduced cytotoxicity against tumor cells, and mice with NFATc1-deficient T cells are defective in controlling Listeria infection. Transcriptome analysis shows diminished RNA levels of numerous genes in Nfatc1\(^{-/-}\) CD8\(^{+}\) T cells, including Tbx21, Gzmb and genes encoding cytokines and chemokines, and genes controlling glycolysis. Nfatc1\(^{-/-}\), but not Nfatc2\(^{-/-}\) CD8\(^{+}\) T cells have an impaired metabolic switch to glycolysis, which can be restored by IL-2. Genome-wide ChIP-seq shows that NFATc1 binds many genes that control cytotoxic T lymphocyte activity. Together these data indicate that NFATc1 is an important regulator of cytotoxic T lymphocyte effector functions.
The massive infiltration of lymphocytes into the skin is a hallmark of numerous human skin disorders. By co-culturing murine keratinocytes with splenic T cells we demonstrate here that T cells affect and control the synthesis and secretion of chemokines by keratinocytes. While pre-activated CD8\(^+\)T cells induce the synthesis of CXCL9 and CXCL10 in keratinocytes and keep in check the synthesis of CXCL1, CXCL5, and CCL20, keratinocytes dampen the synthesis of CCL3 and CCL4 in pre-activated CD8\(^+\)T cells. One key molecule is IFN-γ that is synthesized by CD8\(^+\)T cells under the control of NFATc1 and NFATc2. CD8\(^+\)T cells deficient for both NFAT factors are unable to induce CXCL9 and CXCL10 expression. In addition, CD8\(^+\)T cells induced numerous type I IFN-inducible “defense genes” in keratinocytes encoding the PD1 and CD40 ligands, TNF-α and caspase-1. The enhanced expression of type I IFN-inducible genes resembles the gene expression pattern at the dermal/epidermal interface in lichen planus, an inflammatory T lymphocyte-driven skin disease, in which we detected the expression of CXCL10 in keratinocytes in close vicinity to the infiltration front of T cells. These data reflect the multifaceted interplay of lymphocytes with keratinocytes at the molecular level.
Emerging data demonstrate that the activity of immune cells can be modulated by microbial molecules. Here, we show that the short-chain fatty acids (SCFAs) pentanoate and butyrate enhance the anti-tumor activity of cytotoxic T lymphocytes (CTLs) and chimeric antigen receptor (CAR) T cells through metabolic and epigenetic reprograming. We show that in vitro treatment of CTLs and CAR T cells with pentanoate and butyrate increases the function of mTOR as a central cellular metabolic sensor, and inhibits class I histone deacetylase activity. This reprogramming results in elevated production of effector molecules such as CD25, IFN-γ and TNF-α, and significantly enhances the anti-tumor activity of antigen-specific CTLs and ROR1-targeting CAR T cells in syngeneic murine melanoma and pancreatic cancer models. Our data shed light onto microbial molecules that may be used for enhancing cellular anti-tumor immunity. Collectively, we identify pentanoate and butyrate as two SCFAs with therapeutic utility in the context of cellular cancer immunotherapy.