610 Medizin und Gesundheit
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Targeting neuroinflammation in models for infantile and juvenile forms of neuronal ceroid lipofuscinosis (NCL, CLN disease) with the clinically established immunomodulators fingolimod and teriflunomide significantly attenuates the neurodegenerative phenotype when applied preventively, i.e. before the development of substantial neural damage and clinical symptoms. Here, we show that in a mouse model for the early onset and rapidly progressing CLN1 form, more complex clinical phenotypes like disturbed motor coordination and impaired visual acuity are also ameliorated by immunomodulation. Moreover, we show that the disease outcome can be attenuated even when fingolimod and teriflunomide treatment starts after disease onset, i.e. when neurodegeneration is ongoing and clinical symptoms are detectable. In detail, treatment with either drug led to a reduction in T-cell numbers and microgliosis in the CNS, although not to the same extent as upon preventive treatment. Pharmacological immunomodulation was accompanied by a reduction of axonal damage, neuron loss and astrogliosis in the retinotectal system and by reduced brain atrophy. Accordingly, the frequency of myoclonic jerks and disturbed motor coordination were attenuated. Overall, disease alleviation was remarkably substantial upon therapeutic treatment with both drugs, although less robust than upon preventive treatment. To test the relevance of putative immune-independent mechanisms of action in this model, we treated CLN1 mice lacking mature T- and B-lymphocytes. Immunodeficient CLN1 mice showed, as previously reported, an improved neurological phenotype in comparison with genuine CLN1 mice which could not be further alleviated by either of the drugs, reflecting a predominantly immune-related therapeutic mechanism of action. The present study supports and strengthens our previous view that repurposing clinically approved immunomodulators may alleviate the course of CLN1 disease in human patients, even though diagnosis usually occurs when symptoms have already emerged.
Background:
Genetically caused neurological disorders of the central nervous system (CNS) are mostly characterized by poor or even fatal clinical outcome and few or no causative treatments are available. Often, these disorders are associated with low-grade, disease-promoting inflammation, another feature shared by progressive forms of multiple sclerosis (PMS). We previously generated two mouse lines carrying distinct mutations in the oligodendrocytic PLP1 gene that have initially been identified in patients diagnosed with MS. These mutations cause a loss of PLP function leading to a histopathological and clinical phenotype common to both PMS and genetic CNS disorders, like hereditary spastic paraplegias. Importantly, neuroinflammation promotes disease progression in these models, suggesting that pharmacological modulation of inflammation might ameliorate disease outcome.
Methods:
We applied teriflunomide, an approved medication for relapsing-remitting MS targeting activated T-lymphocytes, in the drinking water (10 mg/kg body weight/day). Experimental long-term treatment of PLP mutant mice was non-invasively monitored by longitudinal optical coherence tomography and by rotarod analysis. Immunomodulatory effects were subsequently analyzed by flow cytometry and immunohistochemistry and treatment effects regarding neural damage, and neurodegeneration were assessed by histology and immunohistochemistry.
Results:
Preventive treatment with teriflunomide attenuated the increase in number of CD8+ cytotoxic effector T cells and fostered the proliferation of CD8+ CD122+ PD-1+ regulatory T cells in the CNS. This led to an amelioration of axonopathic features and neuron loss in the retinotectal system, also reflected by reduced thinning of the innermost retinal composite layer in longitudinal studies and ameliorated clinical outcome upon preventive long-term treatment. Treatment of immune-incompetent PLP mutants did not provide evidence for a direct, neuroprotective effect of the medication. When treatment was terminated, no rebound of neuroinflammation occurred and histopathological improvement was preserved for at least 75 days without treatment. After disease onset, teriflunomide halted ongoing axonal perturbation and enabled a recovery of dendritic arborization by surviving ganglion cells. However, neither neuron loss nor clinical features were ameliorated, likely due to already advanced neurodegeneration before treatment onset.
Conclusions:
We identify teriflunomide as a possible medication not only for PMS but also for inflammation-related genetic diseases of the nervous system for which causal treatment options are presently lacking.
Regulatorische T-Lymphozyten differenzieren sich im fetalen Thymus unter dem Einfluss des Transkriptionsfaktors FoxP3. Sie sind für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts des Immunsystems wichtig. Es wurde untersucht ob eine Chorioamnionitis, induziert durch intraamniotische Endotoxingabe, die fetale Thymusentwicklung beeinflusst. Den Mutterschafen wurde fünf Tage, zwei Tage, einen Tag oder fünf Stunden vor der Sectio cesarea 10mg Endotoxin intraamniotisch verabreicht. Die Sectio cesarea wurde bei einem Gestationsalter von 123 Tagen durchgeführt. Der entnommene Thymus wurde gewogen, Nabelschnurblutlymphozyten und Plamakortisolwerte wurden bestimmt. Glukokortikoidrezeptoren, aktivierte Caspase-3-, Ki67-, PCNA-, NFkB- und FoxP3-positive Zellen wurden immunohistochemisch nachgewiesen. Das Thymusgewicht war im Verhältnis zum Körpergewicht der Lämmer nach intraamniotischer Endotoxingabe zu allen gemessenen Zeitpunkten verringert. Die zirkulierenden Lymphozyten im Nabelschnurblut nahmen einen Tag nach Endotoxingabe um 40% ab. Die Endotoxingabe führte zu einem vorübergehenden Anstieg der Plasmakortisolwerte, zu einer Verdoppelung NFkB positiver Zellen und zu einer Abnahme Foxp3 positiver Zellen in der Thymusrinde einen Tag nach Endotoxingabe. Die intraamniotische Verabreichung eines Endotoxins führte im Schafmodell zu Veränderungen im fetalen Thymus.
Das murine Blimp1 (B lymphocyte-induced maturation protein) und sein humanes Homolog PRDI-BF1 (positive regulatory domain I binding factor 1) sind als terminale Differenzierungsfaktoren der myeloischen Reihe und der B-Lymphozyten (BCs) beschrieben worden. Über direkte sequenzspezifische Promotorbindung und epigenetische Modifikationen greifen sie größtenteils reprimierend in die Expression einer Vielzahl von Genen ein und werden dabei funktionell mit einer niedrigen Proliferationsrate und einem hohen Grad an Zelldifferenzierung und Apoptose in Zusammenhang gebracht. Im Zuge dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Blimp1 auch in der zweiten lymphatischen Zellreihe, also in den T-Lymphozyten (TCs) und hier insbesondere in den Subtypen der T-Helfer-2-Zellen (CD4+ TH2), der CD4+ T-Gedächtniszellen (CD4+ TMem) und der regulatorischen TCs (CD4+ CD25+ TReg) exprimiert wird. Die gefundene Blimp1-Expression ist nicht konstitutiv. Vielmehr wird das Blimp1-Gen über T-Zellrezeptorsignale – über die Proteinkinase C (PKC) und den Anstieg freier intrazellulärer Ca2+-Konzentrationen – verstärkend über den Interleukin-6-Rezeptor-pathway, und über die Aktivität des Transkriptionsfaktors C/EBPβ (CCAAT/enhancer-binding protein) allein induziert. Die Transaktivierung des TATA-boxlosen Blimp1-Promotors (ca. 1 kb) durch C/EBPβ wird stärker über dessen proximale Hälfte vermittelt, an der jedoch keine direkte Bindung des Transkriptionsfaktors nachzuweisen ist, und scheint somit indirekt zu sein. Im Gegensatz dazu bindet das C/EBPβ-Protein im schwächer transaktivierenden distalen Blimp1-Promotorbereich direkt an eine kombinierte, der P1/Pu-bB-des IL-4-Promotors ähnliche NFAT/C/EBP-Bindungssequenz. Die C/EBP-Bindungsstelle liegt hierbei in direkter Nachbarschaft zum NFAT-(nuclear factor of activated T cells) Bindungsmotiv. Auch NFATc1 bindet direkt, entwickelt aber kein transaktivierendes Potential sondern reprimiert vielmehr die durch C/EBPβ-vermittelte Transaktivierung.