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T-Lymphozyten spielen eine entscheidende Rolle in der Pathophysiologie der Rheumatoiden Arthritis. Sie fördern einerseits die perpetuierende Entzündung innerhalb der Membran und besitzen andererseits die Fähigkeit auf die Inflammationen regulativ bzw. suppressiv zu wirken. In der hier vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob entzündungsfördernde T-Zellprodukte und regulatorische T-Zellpopulationen innerhalb der Synovialmembran nachweisbar sind, und wie unstimulierte periphere TZellen auf Synovialmembranzellen "in vitro" reagieren. Innerhalb der Synovialmembran konnte eine Population von CD4(+)CD25(+) regulatorischen T-Zellen (Tregs) durchflusszytometrisch nachgewiesen werden. Immunhistochemische Analysen des Gewebes konnten eine Akkumulation dieser Zellen innerhalb von Sekundärfollikeln des Synovialmembrans nachweisen. Die ELISPOT-Analyse ausgewählter Zytokine resultierte in der Detektion immunsuppressiver (IL-10) und immunstimulatorischer Zytokine in Synovialmembranzellkultur. Hier konnte erstmalig eine autologe IFN-gamma Produktion auf Proteinebene nachgewiesen werden. Klinische Betrachtungen der IFN-gamma Produktion zeigten eine starke Assoziation mit dem Rheumafaktor. Zusätzlich findet sich eine tendenzielle Abnahme der immunstimulatorischen Kapazität mit der Dauer der Erkrankung. Eine Betrachtung der intrasynovialen IL-10 Produktion unter Berücksichtigung des klinischen Entzündungsparameter CRP, zeigt einen starken Zusammenhang zwischen den beiden Parametern. ELISPOT Analysen einer Co-Kultur zwischen autologen CD4(+) und CD8(+) PBMCs und Synovialmembranzellen ergaben eine Abnahme der autologen IFN-gamma Produktion ohne Zunahme der Interleukin- 10 Produktion. Eine Aktivierung der Zellkultur lässt diesen Effekt verschwinden. Durch Aufreinigung der PBMCs konnte der stärkste suppressive Effekt innerhalb der CD4(+)CD25(+) T-Zellfraktion nachgewiesen werden, welcher marginal durch Aktivierung der Zellkultur unterbrochen werden konnte. Regulatorische Effekte konnten auch innerhalb der CD8(+) T-Zellfraktion dokumentiert werden, welche sich aber durch spezifische anti-CD3 Ab und anti-CD28 Ab Aktivierung verliert. Die Beeinflussung der suppressiven Eigenschaften von T-Zellen bzw. ihrer spezialisierten T-Zellpopulationen könnte in Zukunft zu einer besseren Therapie der Rheumatoiden Arthritis führen.
Die Applikation von therapeutischen Peptiden oder Proteinen kann im Patienten durch Mechanismen des Immunsystems zu unerwünschten Nebenwirkungen führen, die die biologische Wirksamkeit vermindern können. Dies geht mit einer erhöhten Wirkstoffgabe oder einer Therapieresistenz einher und stellt damit ein Sicherheitsrisiko für den Patienten dar. In der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel HIV-inhibitorischer Peptide eine Möglichkeit aufgezeigt, mit der die peptidspezifische humorale und zelluläre Immunogenität vermindert, die Wirksamkeit indes beibehalten werden kann. Als Ausgangspunkt wurden die bereits publizierten Peptide T-20, C46, SC35EK, T-1249 und C34-EHO ausgewählt, welche äußerst effektiv den Eintritt von HIV in dessen Zielzellen verhindern. Alle fünf Peptide sind von der Aminosäuresequenz des transmembranen Hüllproteins gp41 des HIV-1 (T-20, C46, SC35EK), HIV-2 (C34-EHO) bzw. HIV-1/-2/SIV (T-1249) abgeleitet. In dieser Arbeit wurde das HIV-2 Peptid C34-EHO C-terminal um 12 Aminosäuren des HIV-1 verlängert (neue Bezeichnung: C46-EHO). Für die Initiierung einer zellulären Immunantwort muss unter anderem ein Peptidfragment (sog. MHC-I-Epitop) über Ankeraminosäuren an ein MHC-I-Molekül binden. Die in silico Analyse der Aminosäuresequenzen der Peptide ergab diesbezüglich für das Hybridpeptid C46-EHO die geringste potentielle zelluläre Immunogenität, wobei insgesamt fünf starke potentiell immunogene MHC-I-Epitope von den Vorhersageprogrammen BIMAS und SYFPEITHI identifiziert wurden. Die in vitro Analyse der humoralen Antigenität zeigte zudem, dass die überwiegende Mehrheit der HIV-1-infizierten Patienten Antikörper gegen die HIV-1-abgeleiteten Peptide C46 und T-20 im Serum aufwies, nicht jedoch gegen C46-EHO, T-1249 und SC35EK. Die Antikörper waren überwiegend gegen die am C-Terminus lokalisierte HIV-1 MPER (membrane-proximale external region) gerichtet. In den Seren von HIV-2-infizierten Patienten waren hingegen Antikörper gegen T-1249 und C46-EHO detektierbar. Die Peptide T-20, C46, SC35EK, T-1249 und C46-EHO verhinderten spezifisch die Infektion von HIV-1 im nanomolaren Konzentrationsbereich. C46-EHO hemmte überdies den Eintritt von SIVmac251 als auch T-20- und C46-resistenter HI-Viren. T-Zelllinien wurden durch die membranständige Expression von C46-EHO effektiver vor einer HIV-1 Infektion geschützt im Vergleich zu membranständigen C46 Peptid. Aufgrund der geringen Immunogenität und der äußerst breiten und effektiven antiviralen Wirksamkeit wurde C46-EHO für die weitere Optimierung verwendet. Im C46-EHO wurden Aminosäuren an Hauptankerpositionen der MHC-I-Epitope gegen weniger stark bindende Aminosäuren bei fünf potentiellen 9mer MHC-I-Epitopen ausgetauscht. Dies resultierte in den Peptidvarianten V1, V2, V3 und V4, wobei V2 die aussichtsreichsten Eigenschaften aufwies: 1) niedrigste humorale Antigenität in HIV-1 Patientenseren; 2) potente antivirale Wirksamkeit; 3) verringerte potentielle zelluläre Immunogenität. Abschließend wurde basierend auf V2 die optimierte Peptidvariante V2o generiert. Die Glykosylierungsstelle im V2 Peptid wurde an die entsprechende C46 Position verschoben, wodurch die in silico vorhergesagte zelluläre Immunogenität weiter vermindert wurde. Zudem wurde das HIV-1-abgeleitete MPER-Motiv durch die Aminosäuresequenz des HIV-2 Stammes EHO ersetzt, so dass V2o nicht mehr von prä-existierenden Antikörpern in HIV-1 Patientenseren erkannt wurde. Im ELISpot Assay wiesen weder Patienten mit einer HIV-1 bzw. HIV-2 Infektion noch SIV-infizierte Rhesus Makaken eine zelluläre Immunantwort gegen C46-EHO, V2 oder V2o auf. V2o verhinderte den Eintritt von diversen HIV-1 Viren im pikomolaren Konzentrationsbereich und wies somit eine deutlich verbesserte antivirale Wirksamkeit auf. Somit konnte in dieser Arbeit durch Austausch von Aminosäuren die intrinsische Immunogenität des HIV-inhibitorischen Peptids C46-EHO vermindert und zugleich die biologische Wirksamkeit verstärkt werden. Das hieraus resultierende Peptid V2o steht nunmehr für die weitere klinische Entwicklung als Präventativ oder Therapeutikum für die subkutane oder gentherapeutische Applikation zur Verfügung.
Dendritic cells are the sentinels between the innate and the adaptive immunity. They are professionals that capture invading pathogens, recognize specific microbial structures and induce naïve T lymphocytes to polarize into a specific T cell subset. To initiate the T cell polarization DCs secrete cytokines which are induced upon Toll-like receptor activation by microbial structures. The recognition of these structures and the discrimination between non-self and self structures by TLRs is fine tuned, but under defined circumstances deregulation of immune responses appears. Consequently, this can result in immune disorders such as autoimmunity, chronic inflammatory diseases or cancer. In this thesis the investigations are focused on the regulation of the IL-12 family members IL-12p70 and IL-23 in DCs. The objective was to investigate three different endogenous and exogenous factors that regulate IL-12p70 or IL-23. In the first part Selenium, an essential trace element and important factor in several metabolic pathways including the cellular redox status and reactive oxygen species (ROS) dependent signaling was applied as supplement in immature Langerhans cell culture. Because Selenium also plays a role in the immune system the TLR-induced IL-23 production of the DCs upon Selenium treatment was analyzed. In the immature Langerhans cell line XS-52 the strongest inducer of IL-23 was TLR4 ligand LPS. Furthermore increased levels of TLR4-induced IL-23 in cells treated with Selenium were detected in a concentration dependent manner. Whereas the IL-23 subunit p40 was upregulated upon Selenium treatment the second subunit p19 was completely unaffected. This effect was detected on mRNA and protein level. In addition, as expected, IFN-gamma inhibited the TLR4-induced IL-23 secretion of both, Selenium treated and untreated cells. In the second part of this thesis p47phox, an organizing protein of the NADPH oxidase was analyzed regarding its potential to regulate IL-12p70 and/or IL-23 secreted by different DC subtypes. Since it was demonstrated that p47phox deficiency is associated with enhanced autoimmunity and chronic inflammation we wanted to prove whether it has a function in addition to that within the NADPH oxidase. We found some hints that p47phox may be interact with proteins of the TLR signaling pathway and thus we hypothesized that p47phox may have a function for the regulation of TLR-mediated cytokine production in DCs. In several experiments with DCs from the spleen of different p47phox deficient mice we detected an increased production of TLR9-induced IL-12p70 compared to wild type cells. In contrast TLR4 stimulation with LPS displayed no significant differences between p47phox deficient and wild type cells. In spleen cells IL-23 was not detected. Confirming the results of this new negative feedback by p47phox on IL-12p70 rats, with a single nucleotide polymorphism in the p47phox gene, were investigated. Interestingly this polymorphism is located in the phosphorylation site of IRAK4, an important kinase in the TLR pathway. In rats with a methionine residue at this position in the p47phox protein enhanced IL-12p70 level were found, compared to the rats with threonine, which can be phosphorylated by IRAK4. All analyzed mice and rats have defects in the NADPH oxidase function due to a non functional p47phox protein which results in a defective ROS production. To determine whether the observed negative feedback mechanism is connected to the lack of ROS production experiments with gp91phox deficient mice, which also have a defective NADPH oxidase function, were performed. In several experiments the enhanced IL-12p70 production in cells from p47phox deficient mice could be confirmed, but no differences between gp91phox deficient and wild type mice have been observed. In further studies was found that the inhibition of the NADPH oxidase function did not alter the negative feedback on TLR9-induced IL-12p70 secretion by p47phox. Interestingly upon treatment with the inhibitor a feedback mechanism in wild type cells also after TLR4 stimulation was observed. Hence, blocking a ROS-dependent TLR4 pathway by the inhibitor uncovered the LPS induced ROS-independent pathway of the TLR4 signaling. These findings strongly approve a NADPH oxidase/ROS-independent function of p47phox in DCs. Because splenic DCs do not secrete IL-23, in vitro differentiated DCs from the bone marrow were investigated regarding the negative feedback mechanism. In DCs from p47phox deficient mice, differentiated with GM-CSF, the upregulation of IL-12p70 was confirmed, whereas Flt3-L cultured DCs did not display the negative feedback. In contrast to IL-12p70 no difference for the IL-23 production between wild type and p47phox deficient cells has been detected. Thus, we concluded that IL-23 production is not regulated by p47phox. IL-12p70 is the major cytokine in the Th1 polarization whereas IL-23 is important for the maintenance and survival of Th17 cells. To prove whether the regulation of IL-12p70 influences the T cell response immunization experiments closely resembling the classical DTH-like protocols were performed. Groups of p47phox deficient and wild type mice received either PBS, OVA alone or mixed with TLR9 ligand CpG2216 in IFA s.c. to activate and polarize naïve T cells towards Th1 or Th17 cells. After ten days isolated lymph node cells were incubated in an ELISA spot assay with or without OVA and the frequency of IFN-gamma and IL-17 producing T cells was quantified. In vitro recall of OVA immunization of wild type and p47phox deficient mice resulted in an increased IFN-gamma and IL-17 frequency in the p47phox deficient cells. The combination with CpG2216 as adjuvant and inducer of the 3rd signal enhanced the frequency of IFN-gamma and IL-17 producing T cells in wild type mice significantly. However, in p47phox deficient cells the IFN-gamma and IL-17 response, being already detectable without in vitro OVA re-stimulation, was strongly augmented upon OVA restimulation. These findings confirmed our in vitro data for IL-12p70. Hence, the data supports our hypothesis that the p47phox dependent regulation of IL-12p70 and the consequences for the T cell response is an important mechanism to prevent uncontrolled immune responses. In the last part of this thesis the immunomodulatory property of vitamin D3 on the IL-12p70 production of DCs was examined. Since it was shown that VD3 influences the differentiation and maturation of monocytes and DCs, splenic DCs from C57BL/6 and BALB/c mice were investigated regarding their IL-12p70 production after VD3 treatment. Spleen cells, stimulated with LPS or CpG2216, exhibited a decreased IL-12p70 production when treated with VD3 before stimulation phase. In contrast treatment with VD3 only during TLR stimulation had no influence on the IL-12p70 production. Since it was demonstrated that VD3 stimulates the expression of p47phox mRNA cells from p47phox deficient mice were also treated with VD3. In initial experiments only a slight inhibition of IL-12p70 has been detected in p47phox deficient cells compared to the wild type. In summary the thesis displays three different possibilities to influence the TLR-induced cytokine secretion of DCs, although with different intensities and specificities.
Die Chemokinrezeptoren CXCR3 und CXCR4 sowie deren spezifische Liganden, CXCL9, -10 und -11 bzw. CXCL12, sind in bedeutender Weise an den pathologischen Prozessen der Th1-/Th17-vermittelten (Typ1- und Typ17-T-Helferzelle) Autoimmunerkrankungen beteiligt. Die dabei auftretenden chronischen Entzündungen sind gekennzeichnet durch eine massive Infiltration von Th1-Gedächtniszellen. Ergebnisse sowohl von tierexperimentellen Studien als auch von in vitro Experimenten weisen deutlich auf eine spezifische Wechselwirkung zwischen den proentzündlichen CXCR3- und dem homöostatischen CXCR4-Liganden hin. Weiterführenden Ergebnisse zu der molekularen Wechselwirkung von CXCR3 und -4 wurden jedoch bislang nicht veröffentlicht. Die Untersuchungen dieser Dissertation konzentrierten sich auf die Kooperation der beiden Chemokinrezeptoren in murinen Th1-Gedächtniszellen. Dabei sollte insbesondere der potentielle Einfluss dieser Interaktion auf die einzelnen Teilprozesse der Extravasation der T-Lymphozyten in vitro analysiert werden. Eingesetzt wurden hierfür statische Chemotaxis- und dynamische Flusskammerexperimente, die zum einen sensitiv genug und zum anderen für einen hohen Probendurchsatz geeignet sein mussten. Die verwendeten Techniken wurden dazu im Rahmen der Dissertation etabliert und validiert. Zunächst musste die Präzision des statischen Migrationssytems mit einer hohen Standardabweichung von durchschnittlich ± 40% deutlich verbessert werden. Ein Wechsel auf ein Kammersystem der Firma Corning verringerte die Abweichung auf ± 25%, und sogar auf ± 9,9% bei einer optimierten Auswertung mittels Durchflusszytometrie. Als weitere Methode wurde ein dynamisches Flusskammersystem mit automatischer Videoanalyse zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Zellen etabliert. Zur Validierung der neu entwickelten Analysesoftware Imagoquant® wurden identische Filmaufnahmen von Flusskammerexperimenten hinsichtlich Zellrollen und Zellgeschwindigkeit ausgewertet und mit den Ergebnissen von zwei etablierten Methoden, der Handzählung und einem halbautomatischen Tracking-Programm, verglichen. In der gesamten Validierung stimmten die Berechnungen von Imagoquant® mit Ergebnissen der verschiedenen Auswertemethoden qualitativ überein, wobei die Filme um ein Vielfaches (16- bzw. 20-fach) schneller analysiert werden konnten als mit den bisher verwendeten Methoden. Somit konnte erfolgreich eine computergestützte Analysemethode validiert und etabliert werden, die schnell und benutzerunabhängig arbeitet und folglich objektive Daten im Hochdurchsatz generiert. Die Untersuchungen in den statischen und dynamischen Migrationssystemen ergaben, dass die Stimulation von Th1-Zellen mit CXCL9 zu einer heterologen Desensitivierung verschiedener CXCL12-vermittelter Effekte führt. In statischen Migrationsexperimenten wurde sowohl durch eine synchrone als auch eine sequentielle Stimulation mit CXCL9 eine CXCL12-vermittelte Chemotaxis signifikant vermindert. Der auftretende Effekt war dabei lang anhaltend und konnte noch bei einer Stimulationsdauer von 20 h beobachtet werden, ohne an Intensität zu verlieren. Weitere funktionelle Experimente erfolgten in dynamischen Flusskammerexperimenten, um die desensitivierende Wirkung von CXCL9 auf CXCL12-abhängige Interaktionen der Adhäsionskaskade von Th1-Zellen zu untersuchen. In mit E-Selektin und ICAM-1 Fc-Chimära) beschichteten Flusskammern führte immobilisiertes CXCL12 zu vermehrtem integrinabhängigen Rollen, welches durch eine Vorinkubation der Th1-Zellen mit CXCL9 reduziert wurde. In Flusskammern mit murinen Endothelzellen bewirkte immobilisiertes CXCL12 eine rasche integrinabhängige Adhäsion der Zellen und verkürzte dadurch deren Rollphase signifikant. Eine Vorbehandlung der Zellen mit CXCL9 verminderte dagegen die CXCL12-vermittelte Adhäsion und führte damit zu längeren Rollphasen. Deutliche Effekte zeigte CXCL12 bezüglich einer gesteigerten intravasalen und transendothelialen Migrationsrate von T-Lymphozyten, die durch eine Vorstimulation mit CXCL9 aufgehoben wurden. Um die beteiligten Mechanismen dieser Desensitivierung zu entschlüsseln, wurde die Oberflächenexpression von CXCR3 und CXCR4 in dem Th1-Zellklon durchflusszytometrisch analysiert. Dabei zeigte sich, dass eine Stimulation mit CXCL9 neben der ligandenspezifischen Internalisierung von CXCR3 auch eine Kreuzregulation der CXCR4-Oberflächenexpression bewirkte. Im Weiteren wurde die Phosphorylierung bekannter Signalmoleküle der CXCR4-Signalwege analysiert. Eine Vorbehandlung der Zellen mit CXCL9 desensitivierte die CXCL12-induzierte Phosphorylierung von Akt signifikant und führte zu einer zeitlichen Modulation des Signals. Ferner verzögerte eine Vorbehandlung der Th1-Zellen mit CXCL9 das CXCL12-induzierte Calciumsignal erheblich, während dabei eine 3,5-fach höhere maximale Ca2+-Konzentration gemessen wurde. Ein abgeleiteter Mechanismus der CXCL9-abhängigen Desensitivierung von CXCR4-Signalwegen beeinflusst insbesondere die Signaltransduktion über den T-Zellrezeptor und dadurch auch die Regulation von Rac1. Des Weiteren führt CXCL9 zur Gi- oder ZAP-70-vermittelten Aktivierung der PKC, welche darauffolgend den CXCR4-Rezeptor phosphoryliert und damit zu dessen Internalisierung führt. Die in vitro beobachtete Desensitivierung verschiedener CXCL12/CXCR4-vermittelter Effekte durch CXCL9 wirkt potentiell in der in vivo Situation von Autoimmunerkrankungen auf unterschiedliche Weise proinflammatorisch. Zum einen wird die Mobilisierung von Th1-Zellen aus CXCL12 exprimierenden peripheren Gewebe gefördert und gleichzeitig verhindert, dass Th1-Zellen in nicht entzündetes peripheres Gewebe rekrutiert werden. Zum anderen wird im Entzündungsgebiet die Affinität der Th1-Zellen zu den CXCL12-exprimierenden Endothelzellen verringert und die Migration in tieferliegende Gebiete der Entzündung begünstigt. Ferner vermindern CXCR3-Liganden auch antiinflammatorische Effekte des CXCL12s, wie z.B. die Polarisierung der Th1-Zellen in regulatorische T-Zellen.
Modulation der Zytokinproduktion durch Interaktionen von IRAK4 und p47phox mit den TLR-Signalwegen
(2015)
p47phox wird als ein in mehreren Strukturen involviertes Protein beschrieben, welches in seiner Funktion einen großen Einfluss auf das Immunsystem nehmen kann und damit zu schweren Erkrankungen führen kann. Wegen der Vielfalt der Interaktionen ist es schwierig die Effekte von p47phox einer bestimmten Wechselwirkung zuzuordnen. Dennoch ist es unserer Arbeitsgruppe gelungen eine negative Rückkopplung von p47phox auf die Produktion von IL-12p70 [1] festzustellen. Ausgehend von dieser Interaktion und der Phosphorylierung von p47phox durch IRAK4 [2], wurde daher in dieser Doktorarbeit der Zusammenhang einer Modulation der IL-12p70-Produktion durch IRAK4 näher untersucht.
In haploidentical stem cell transplantation (SCT), achieving a balance between graft versus host disease (GvHD), graft versus leukemia effect (GvL) and bridging the vulnerable phase of aplasia against viral infections is still a challenge. Graft preparation strategies attempt to achieve this balance by removing and retaining harmful and helpful cells. At this point it is known that T cell subpopulations hold different properties concerning GvHD promotion and immunocompetence towards pathogens. CD45RA+ naïve T cells show the greatest, while CD45RO+ memory T cells show less alloreactive potential but provide immunocompetence. CD45RA depletion is a promising new approach to graft processing that potentially combines GvHD prevention, GvL promotion and transfer of immunological competence by removing potentially harmful CD45RA+ naïve T cells and retaining CD45RO+ memory cells. This work focused on manufacturing CD45RA-depleted grafts within a one- or two-step approach, as well as a feasibility assessment of the process and the establishment of a 10-color fluorescence activated cell sorting (FACS) measurement panel for clinical-scale graft generation. CD45RA depletions were conducted from granulocyte-colony stimulated factor (G-CSF) mobilized peripheral blood stem cells (PBSC) applying two different strategies, direct depletion of CD45RA+ cells (one-step approach), or depletion following preceding CD34 selection. A 10-color FACS measurement panel was established ensuring quality control and enabling preliminary data acquisition on CD45RA co-expression for cell loss estimations. Residual virus-specific T cells after depletion were measured using MHC multimers. It was observed that the depletion antibody occupied the cell binding sites, resulting in insufficient binding of the fluorescent dye for subsequent FACS measurement. Therefore, three FACS antibodies were tested and compared, and CD45RA-PE (clone:2H4) was found to be the best choice for reliable cell detection. To further characterize residual T cells, two homing markers, CD62L and CCR7, were compared, with particular attention paid to the expression of the surface markers after cooling. Both markers were complementary to each other, resulting in the decision to include an additional FACS measuring tube whenever samples are cooled or further T cell characterization is needed. With a median log depletion of -3.9 (one-step) and -3.8 (two-step) data showed equally efficient removal of CD45RA+CD3+ T cells for both approaches. Close to complete B cell removal was obtained without additional reagent use. However, also close to complete NK cell loss occurred due to high CD45RA co-expression. Stem cells recovered at a median of 52% (range: 49.7 - 67.2%) after one-step CD45RA depletion. CD45RO+ memory T cells recovery was statistically not differing between both approaches. Virus-specific T cells were detectable after depletion, suggesting that virus-specific immunocompetence is transferable. In conclusion, CD45RA depletions are equally feasible for both approaches when performed from fresh, non-cryopreserved starting products, show reliable reduction of CD45RA and B cells, but also result in co-depletion of NK cells. Stem cell recovery and NK cell losses must be considered carefully especially regarding overcoming HLA barriers, pathogen protection during aplasia, early engraftment an GvL. Therefore, a combination of CD45RA-depleted products with already established other processing methods to ensure sufficient stem and NK cells is desirable to allow high clinical flexibility.
Duale Thrombozytenaggregationshemmung (‚dual antiplatelet therapy‘: DAPT) erhöht das Risiko für eine hämorrhagische Transformation (HT) von ischämischen Schlaganfällen nach Thrombolyse mit gewebespezifischem Plasminogenaktivator (‚tissue plasminogen activator‘: tPA). Bisherige klinische Studien waren jedoch nicht vollends eindeutig, ob diese erhöhte Blutungswahrscheinlichkeit tatsächlich zu einer schlechteren Ausgangssituation für Patienten führt. Viele sehen die initiale klinische Verschlechterung im Rahmen einer potenziellen HT durch den Nutzen der wiederhergestellten Rekanalisation verschlossener Gefäße aufgewogen. Aus diesem Grunde sollte tPA auch in Patienten angewendet werden, die einen Schlaganfall unter DAPT erleiden. Bisher sind der Pathomechanismus und die beteiligten Mediatoren der HT unverstanden. Allerdings könnte die Reduktion der tPA-assoziierten HT zu einer sichereren Anwendung der Thrombolyse beitragen und ihren Nutzen insgesamt weiter steigern. Daher war es Ziel dieser Studie, ein Schlaganfallmodell mit tPA-assoziierter HT in Mäusen unter DAPT zu etablieren, um damit erste Bewertungen therapeutischer Ansätze zur Begrenzung der HT zu ermöglichen.
Ein entscheidender Aspekt vorab war die Bestimmung der Thrombozytenfunktion in den behandelten Mäusen, um damit die Wirksamkeit der DAPT zu messen. Dies war besonders vor dem Hintergrund wichtig, dass DAPT bei Patienten unterschiedlich wirksam ist. So gibt es einen gewissen Anteil Patienten, der resistent gegenüber Aspirin und/oder anderen Thrombozytenaggregationshemmern wie Clopidogrel zu sein scheint. Daher galt es, dieses Phänomen in unserem Modell zu kontrollieren und etwaige Non-Responder zu identifizieren und gegebenenfalls auszuschließen. Dies ist bei herkömmlichen Methoden der Aggregometrie (dem Standardverfahren zur Messung der Thrombozytenfunktion und Therapieüberwachung von Thrombozytenaggregationshemmern) eine Herausforderung, da im Handel erhältliche Aggregometer Blutvolumina erfordern, die für eine Maus tödlich wären. Auch Schwanzblutungstests (sog. „tail bleeding tests“) versagen häufig, wenn sie nach einer experimentellen Schlaganfalloperation durchgeführt werden. Wir haben daher einen Durchflusszytometrie-basierten Ansatz zur Messung der in vitro Thrombozytenfunktion modifiziert, der nur geringe Blutvolumina erfordert und von uns erstmals in einem experimentellen Schlaganfallprotokoll eingesetzt wurde. Dieser zeigte eine signifikant reduzierte Thrombozytenfunktion nach DAPT mit Aspirin und Clopidogrel (ASA+CPG) an. Die Methode korrelierte gut mit Ergebnissen von zusätzlich durchgeführten Schwanzblutungstests und wird künftige präklinische Studien zur DAPT in Mäusen erleichtern. Obwohl es eine gewisse Variabilität in der Thrombozytenfunktion der behandelten Mäuse gab, identifizierten wir letztendlich keine Non-Responder.
Als nächstes zeigten wir erfolgreich, dass DAPT mit ASA+CPG in Mäusen beim experimentellen Schlaganfall zu vermehrter HT beiträgt. Wurde die DAPT mit einer tPA-Thrombolyse verbunden, erhöhte sich die HT-Rate sogar signifikant im Vergleich zu unbehandelten Mäusen mit und ohne tPA-Thrombolyse. Unser Modell kann nun genutzt werden, um die Mechanismen der HT weiter zu untersuchen. Noch wichtiger ist, dass die Einrichtung eines solchen Modells es Forschern ermöglicht, mögliche Strategien zur Minderung des Blutungsrisikos bei Patienten mit DAPT zu testen.
Zur Verringerung der HT wählten wir zwei verschiedene pharmakologische Strategien. Zunächst untersuchten wir die Reduktion der tPA Dosis, welche allerdings nicht erfolgreich vor hämorrhagischen Komplikationen schützen konnte. Danach fokussierten wir uns auf die Rolle der 12/15-Lipoxygenase (12/15-LOX) in unserem Modell. Verschiedene Vorarbeiten hatten gezeigt, dass die 12/15-LOX zum Untergang von Endothelzellen im ischämischen Gehirn beiträgt und damit wahrscheinlich eine ursächliche oder zumindest unterstützende Rolle in der Entstehung der HT hat. So wiederholten wir unsere Versuche der tPA-assoziierten HT unter DAPT in LOX-knockout Mäusen und inhibierten die 12/15-LOX pharmakologisch mit ML351. Wir zeigten erfolgreich, dass die Hemmung von 12/15-LOX in Wildtyp-Mäusen die Blutungsrate signifikant reduzierte und identifizierten die 12/15-LOX damit als geeigneten Kandidaten für weiterführende Studien zur Eindämmung sekundärer Schäden nach ischämischen Schlaganfall. Zudem wäre neben der therapeutischen, auch die prophylaktische Gabe von 12/15-LOX Inhibitoren in Hochrisikopatienten additiv zur Thrombolyse denkbar. Eine solche Blutungsprophylaxe könnte zu einer Indikationserweiterung der Lysetherapie beitragen und das funktionelle Langzeit-Ergebnis der Patienten verbessern.
IL-12-related cytokines produced by dendritic cells are considered to be major inducers of adaptive immune system activation upon innate antigen-sensing. IL-23 specifically is currently being discussed to support the differentiation of potentially auto-aggressive Th17 cells. Prostaglandins as bystander cell products are known to modulate the translation of this process. While previous studies focused therefore on IL-12, ignoring the existence of new IL-12-related cytokines IL-23 and IL-27, this study analysed effects of prostaglandin E2, D2 and 15d-PGJ2 on the secretion pattern of these subunits in the murine immature Langerhans cell line XS52 and the murine immature myeloid dendritic cell line JawsII under TLR4 (LPS) and TLR9 (CpG) stimulation as well as effects of prostaglandins on the murine Th1 cell line IF12 in coculture and upon Con A treatment. In serial semi-quantitative RT-PCR of the IL-12 related cytokines of the XS52 cell line and the JawsII cell line, the p40 subunit was upregulated in both DC cell lines upon TLR-stimulation, the IL-23p19 subunit constantly expressed in XS52 and upregulated in JawsII upon TLR-stimulation, while the IL-27p28 subunit was only weekly expressed under additional stimulating aCD40 Ab treatment. IL-12p35 could only be detected in the immature myeloid cell line. The protein expression of the p40 subunit was measured in Western blot assays following SDS-PAGE under reducing conditions in XS52. The Western blot-based antibody specification allowed the establishment of a p40-specific ELISPOT assays, where overadditive upregulation of the number of LPS-stimulated spot forming XS52 cells was observed under stimulation with PGE2 while PGD2 depressed the number of LPS-stimulated cytokine secreting cells. Contrary IL-12p40 could not be detected in supernatants of the JawsII cell line. Both DC cell lines were further tested for differential response towards different TLR stimulation described as a defining feature of DC subsets. While subunit expression on transcription level did not differ, only LPS-treatment led to constant IL-12p40 expression in supernatants of XS52. CpG-treatment of XS52 cells led to constantly high IL-12p40 levels under additional aCD40 Ab treatment. In IFN-g ELISPOT assays, prostaglandin effects were further analysed in IF12 Th1 cells upon Con A treatment or alternatively upon treatment in a coculture model with the syngeneic cell line XS52 and the T lymphocyte-specific protein ovalbumin. While PGE2 depressed the amount of activated Th1, PGD2 showed no effect. In conclusion, a coculture model has been generated that allows the analysis of DC and TC interactions. The importance of prostaglandins as differential regulators in time- and tissue-dependence in inflammatory processes has been demonstrated. These results accord with recent observations of an upregulation of IL-23 secretion upon PGE2 treatment.
FTY720, ein synthetisches Sphingosin Analogon von Myriocin, ist ein neuartigerImmunomodulator, der in vivo Homing und Migration von Lymphozyten moduliertund hierbei die Immunantwort in verschiedenen Transplantations- undAutoimmunmodellen hemmt. Zudem konnte in aktuellen Untersuchungen einausgeprägter Anti-Tumor-Effekt von FTY720 in mehreren Krebszelllinien,einschließlich Leukämie-, Lymphoma- und Glioma-Zellen dargelegt werden. In vitroVersuche zeigten, dass FTY720 die Proliferation von malignen Zellen hemmtund/oder Apoptose in Krebszellen induziert. Im Rahmen dieser Dissertationuntersuchten wir zum ersten Mal die biologischen Wirkungen von FTY720 inhumanen Kolonkarzinomzellen.
Zunächst wurde die Auswirkung von FTY720 auf das Wachstumsverhalten von dreiverschiedenen Kolonkarzinomzelllinien (Caco-2, HT-29 und HCT-116) durch dieMessung der Zell-Proliferation mittels BrdU-Einbau und Kristallviolett-Assay sowiederStoffwechselaktivität im MTT-Test ermittelt. Die Behandlung dieser Zelllinienmit steigenden Konzentrationen von FTY720 (6-15 μM) führte zu einer dosis- undzeitabhängigen Verminderung der Zell-Überlebensrate. Zur Charakterisierung dieserHemmung der Proliferation untersuchten wir mit Hilfe von Western blot Analysen dieExpression wichtiger Faktoren der Zellzykluskontrolle in Caco-2-Zellen unterWirkung von FTY720. Dabei konnten wir zeigen, dass die Expression des Cdk-Inhibitor p27Kip1 hochreguliert wird, während die von Cyclin D1 und Cdk4 starkreduziert werden, was auf einen Zellzyklusarrest in der G1-Phase hindeutet. Dienachfolgende Untersuchung hinsichtlich einer Induktion von Apoptose zeigte eineSteigerung der DNA-Fragmentierung nach Behandlung mit FTY720, begleitet voneiner Zunahme der Bax/Bcl-2-Ratio als Zeichen einer Aktivierung desmitochondrialen (intrinsischen) Weges, und letztendlich einer Aktivierung vonCaspase-3. Ferner stellten wir fest, dass FTY720 zu einer signifikanten Steigerung derTRAIL-Protein-Expression führt und so möglicherweise Apoptose ebenfalls über denextrinsischen Signalweg vermittelt. Schließlich konnte gezeigt werden, dass der Anti-Tumor-Effekt von FTY720 mit einer Hemmung der Phosphorylierung vonp44/42MAPK, terminalem Stellglied des Ras/MAPK-Signalweges, und einer Induktion der Expression von PTEN, einem negativem Regulator des PI3K/Akt-Signalweges,einhergeht.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass FTY720 in vitro im kolorektalen Karzinomeinen ausgeprägten Anti-Tumor-Effekt besitzt, welcher durch eine Inhibition desZellwachstums über einen G1-Zellzyklusarrest und eine Induktion der Apoptose überden extrinsischen und den intrinsischen Weg vermittelt wird.
