Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Die Mastzellen der Haut sind bedeutende Immuneffektorzellen in der Pathogenese der Caninen Atopischen Dermatitis (CAD; OLIVRY et al. 1997). Diese Zellen schütten in der Sofort- und in der Spätphase der Überempfindlichkeitsreaktion des Typs I Entzündungsmediatoren aus. Diätetisch verabreichte Fettsäuren werden in zelluläre Membranen eingebaut und sind somit in der Lage, die Produktion und Freisetzung dieser Entzündungsmediatoren zu beeinflussen. In der Praxis konnte gezeigt werden, dass eine diätetische Ergänzung von n6- und n3-Fettsäuren im Verhältnis von 5 zu 1 eine Linderung der klinischen Symptomatik bei 40% der an CAD leidenden Hunde herbeiführte (SCOTT et al. 1997). Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu überprüfen, welche Auswirkungen der Einbau supplementierter n6- und n3-Fettsäuren auf die Fettsäurenzusammensetzung und die Prostaglandinfreisetzung caniner Mastocytomzellen (C2) hat und ob diese Zellen in Bezug auf ihren Fettsäurenstoffwechsel als Modell für die CAD geeignet sind. Die Kultivierung der Zellen erfolgte in einem Grundmedium (DEH) oder in mit 14 µM Linol- (C18:2n6, DEH-LA), Gammalinolen- (C18:3n6, DEH-GLA), Arachidon- (C20:4n6, DEH-AA), a-Linolen- (C18:3n3, DEH-LnA), Eicosapentaen- (C20:5n3, DEH-EPA) oder Docosahexaensäure (C22:6n3, DEH-DHA) angereichertem Medium. Das Wachstum der C2 wurde in allen Kulturmedien über 11 Tage kontrolliert. Für die weiteren Untersuchungen wurden die Zellen am 4. bzw. 8. Tag geerntet, zweimal mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung gewaschen und anschließend unter Stickstoff getrocknet. Die Ermittlung der Fettsäurenzusammensetzung der C2 erfolgte mittels Gaschromatographie nach Extraktion und Umesterung der Phospholipide. Dabei wurde L-a-Phosphatidylcholin-C17:0 als Interner Standard genutzt. Für die Bestimmung der Prostaglandine (PG) D2 und E2 wurden die Zellen mit dem Wespengift Mastoparan stimuliert. PGD2 wurde mittels eines PGD2-Methoxim-Enzym-Immunoassay (EIA) und PGE2 wurde mit Hilfe eines Radio-Immunassays (RIA) bestimmt. Die C2 zeigten in allen Kulturmedien eine Vermehrung lebender Zellen bis zum 8. Kultivierungstag, danach nahm die Zahl der abgestorbenen Zellen deutlich zu. Die Fettsäurensupplementierung beeinflusste das Zellwachstum nicht. Die erhöhte Zufuhr der Fettsäuren bewirkte eine Konzentrationserhöhung der entsprechenden Fettsäuren in den C2 (LA 4,9-fach, GLA 6,9-fach, AA 6-fach, LnA 9,3-fach, EPA 6,5-fach, DHA 8,4-fach). Weiterhin wurden signifikante Erhöhungen von Fettsäurenmetaboliten, die über die Elongasen und die D6-Desaturase aus den zugegebenen Fettsäuren gebildet werden, in den C2 gefunden. Produkte der D5-Desaturase waren dagegen nur in geringen Mengen nachweisbar. Ein zeitabhängiger Effekt des Einbaus der geprüften supplementierten Fettsäuren konnte nur für LA festgestellt werden, welche nach 8 Tagen in DEH-LA kultivierten C2 signifikant stärker eingebaut wurde als nach 4 Tagen. Die vorliegenden Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass in den C2 eine geringe Aktivität der D5-Desaturase vorliegt. Da eine niedrige Aktivität dieser Desaturase als möglicher Pathogenesemechanismus für das Auftreten der CAD verantwortlich gemacht wird, erscheinen die C2 als Modell für weitere Untersuchungen der CAD geeignet. Die durch Mastoparan stimulierte Freisetzung von PGE2 der C2 war bei der Kultivierung der Zellen im DEH-LnA und DEH-DHA signifikant erniedrigt und im DEH-AA und DEH-EPA signifikant erhöht. Die Ursache für die unterschiedlichen PGE2-Konzentrationen in C2 nach dem Zusatz der verschiedenen n3-Fettsäuren (LnA, EPA, DHA) ist bisher unklar. Verschiedene Möglichkeiten der Beeinflussung des Prostaglandinstoffwechsels durch diese Fettsäuren werden diskutiert. Auf Grund der erhaltenen Ergebnisse können die C2 als Modell genutzt werden, um die Mechanismen der Produktion von Prostaglandinen oder anderen Entzündungsmediatoren näher zu untersuchen und somit zur Erforschung der Pathogenesemechanismen der atopischen Dermatitis des Hundes sowie des Menschen beizutragen. / Cutaneous mast cells are considered as key immune effector cells in the pathogenesis of canine atopic dermatitis (CAD; OLIVRY et al. 1997). These cells release immediate-phase and late-phase mediators of inflammation. Dietary fatty acids are incorporated in cellular membranes and seem to influence mediator production and release. A dietary intervention with n6- and n3-fatty acids with a ratio from 5 to 1 alleviated clinical symptoms in 40% of atopic dogs (SCOTT et al. 1997). The purpose of this study was to examine the effects of n6- and n3-fatty acids on the fatty acid composition and the production of prostaglandins in canine mastocytoma cells (C2) as a possible model for CAD. Cells were cultured in a basic medium (DEH) or with additional 14 µM linoleic (C18:2n6, DEH-LA), gammalinolenic (C18:3n6, DEH-GLA), arachidonic (C20:4n6, DEH-AA), a-linolenic (C18:3n3, DEH-LnA), eicosapentaenoic (C20:5n3) or docosahexaenoic acid (C22:6n3, DEH-DHA). Cell growth was examined for 11 days in all media. The cells were harvested after 4 or 8 days, washed twice with phosphated buffered saline and dried under nitrogen for fatty acid analysis. The fatty acid composition was determined by gas chromatography after extraction and transesterification of the phospholipids using di-C17-phosphatidylcholin as internal standard. For measurment of prostaglandin (PG) D2 and E2 the C2 were stimulated with the wasp venom peptide mastoparan. PGD2 was measured by PGD2-methoxim-enzymimmunoassay (EIA) and PGE2 was determined by radioimmunoassay (RIA). Cell growth increased from day 1 to 8 and decreased thereafter in all media conditions. The supplied fatty acid did not influence the cell growth. Added fatty acids increased the concentration of these fatty acids in C2 (LA 4.9-fold, GLA 6.9-fold, AA 6-fold, LnA 9.3-fold, EPA 6.5-fold, DHA 8.4-fold). Futhermore elongated and D6-desaturated products of the corresponding fatty acids were significantly elevated, however D5-desaturated products were not measurable. An increased time dependent incorporation was only detectable for LA after culturing C2 in DEH-LA. The results let us assume that C2 has no activity of the D5-desaturase. If the assumed low activity of these desaturase is one of the mechanisms underlying the pathogenesis of CAD, C2 seems to be an adequate model for CAD. The production of PGE2 after stimulation with mastoparan was significantly reduced when C2 were cultured in DEH-LnA and DEH-DHA and was significantly increased when C2 were cultured in DEH-AA and DEH-EPA. The reason for the different PGE2-production in C2 after the treatment with the n3-fatty acids (LnA, EPA or DHA) being unsettled. The observed results suggest, that C2 could be used to investigate the mechanisms of production and release of prostaglandins or other mediators as a model to improve our understanding of the pathogenesis of canine or human atopic dermatitis.

Background: Birch pollen is an important outdoor allergen able to aggravate symptoms in atopic dermatitis (AD). Specific immunotherapy (SIT), an established procedure for allergic airway diseases, might also represent an attractive therapeutic option for the causal treatment of allergen-triggered cutaneous symptoms in these patients. Studies with house dust mite SIT have already shown beneficial effects in AD patients, whereas the safety and efficacy of SIT with birch pollen extract in AD patients have not been studied so far. The aim of this study was to evaluate for the first time the safety and efficacy of SIT with a depigmented polymerized birch pollen extract in AD patients. Methods: Fifty-five adult patients with moderate-to-severe AD and clinically relevant sensitization to birch pollen received SIT for 12 weeks. SIT was continued during birch pollen season. The assessment of safety, the total SCORAD value, and the Dermatology Life Quality Index (DLQI) were evaluated. Results: The median total SCORAD value was reduced by 34% (p < 0.001) during the course of treatment and the mean DLQI improved by 49% (p < 0.001) despite strong simultaneous birch pollen exposure. Eight patients (14.5%) developed systemic reactions and 19 patients (34.5%) developed local reactions which were of mild intensity in most cases. No patient discontinued the study prematurely due to adverse drug reactions. Coseasonal treatment was well tolerated. Conclusion: SIT with a depigmented polymerized birch pollen extract leads to significant improvement of the SCORAD value and the DLQI in patients suffering from moderate-to-severe AD sensitized to birch pollen. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Seit Mitte der 1980er Jahre werden diätetische Ergänzungen von Futtermitteln mit mehrfach-ungesättigten Fettsäuren (PUFA) als nebenwirkungsfreie Therapeutika zur Behandlung atopischer Erkrankungen eingesetzt. Verschiedene Studien konnten dabei insbesondere bei einem n6:n3-Fettsäurenverhältnis von 5 bis 10:1 eine Linderung klinischer Symptome bei an Caniner Atopischer Dermatitis (CAD) leidenden Hunden feststellen. Die zugesetzten Fettsäuren beeinflussen auf molekularer Ebene unter anderem die zelluläre Fettsäurenzusammensetzung, Membraneigenschaften, Lipidmediatoren, intrazelluläre Signaltransduktionswege, Enzymaktivitäten sowie die Genexpression. Den in der Literatur beschriebenen positiven Effekten von PUFA steht die Feststellung gegenüber, dass insbesondere diese Fettsäuren einem radikalischen Angriff unterliegen und begünstigend auf die Entstehung von Lipidperoxiden sowie deren Abbauprodukten wirken. In diesem Zusammenhang konnte in verschiedenen Untersuchungen festgestellt werden, dass eine hohe Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies und Lipidperoxide bzw. deren Abbauprodukte zu einer Schädigung der DNA führen. Eine zentrale Rolle in der Pathogenese der CAD nehmen die Mastzellen der Haut ein. Bei Einwirkung eines Allergens schütten sie einerseits präformierte Entzündungsmediatoren aus und produzieren auf der anderen Seite auch neue Mediatoren. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen einer Supplementierung des Zellkulturmediums einer caninen Mastozytomzelllinie (C2) mit unterschiedlichen n6- und n3-FS, unter Berücksichtigung des Einflusses auf das Fettsäurenmuster und das Wachstum, auf oxidative Parameter der Zellen zu untersuchen. Die Kultivierung der C2 erfolgte zur Kontrolle im Grundmedium und daneben in Linol- (C18:2n6), Linolen- (C18:3n3), Arachidon- (C20:4n6) und in Eisosapentaen- (C20:5n3) säure-supplementiertem Medium (je 20 μM). Das Wachstum der C2 wurde über die Dauer von 8 Tagen verfolgt. Am 8. Tag der Kultivierung wurden die Zellen für folgende Bestimmungen gewonnen  Gehalt an α-Tocopherol in den Zellen und im Medium mit HPLC  Fettsäurenmusters mittels Gaschromatographie  intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies mittels Fluoreszenzfarbstoff  Lipidperoxidabbauprodukte mittels Thiobarbiturat-Reaktive Substanzen-Test  oxidative DNA-Schäden mittels Comet-Assay Die Ergebnisse zeigen, dass das Wachstum der C2 durch die Supplementierung des Mediums mit n3- und n6-FS nicht beeinflusst wird. Die supplementierten FS sowie ihre Desaturierungs- und Elongationsprodukte reichern sich in den zellulären Membranen an. Die Produkte der Δ5-Desaturase sind jedoch nicht oder nur geringfügig erhöht, was für das Vorliegen eines Desaturasedefektes spricht. Die mit PUFA kultivierten C2 weisen eine erhöhte intrazelluläre ROS-Konzentration, sowohl mit als auch ohne Zufuhr eines Stressors auf. Dabei zeigt sich eine Abhängigkeit von der Anzahl der Doppelbindungen der zellulären FS. Auch eine erhöhte Menge an Lipidperoxidabbauprodukten ist mit steigender Anzahl von Doppelbindungen der FS festzustellen. Diese Ergebnisse spiegeln sich in einem erhöhten Kernschädigungs-Score bei den mit PUFA supplementierten C2 wieder. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass PUFA eine pro-oxidative Wirkung auf C2-Zellen haben. Frühere Studien konnten zeigen, dass eine Zunahme der oxidativen Anfälligkeit von Zellen durch eine gezielte Zufuhr von Antioxidantien teilweise kompensierbar ist. Diese Feststellungen legen die Schlussfolgerung nahe, eine kombinierte Verabreichung von PUFA und Antioxidantien vorzunehmen, um die negativen Effekte diätetisch verabreichter FS zu kompensieren. Inwiefern eine solche Kombination mit antioxidativen Substanzen diese pro-oxidativen Effekte beeinflussen kann, sollte in weiteren in vitro Studien und schließlich Fütterungsstudien (in vivo) untersucht werden.

Seit Mitte der 1980er Jahre werden diätetische Ergänzungen von Futtermitteln mit mehrfach-ungesättigten Fettsäuren (PUFA) als nebenwirkungsfreie Therapeutika zur Behandlung atopischer Erkrankungen eingesetzt. Verschiedene Studien konnten dabei insbesondere bei einem n6:n3-Fettsäurenverhältnis von 5 bis 10:1 eine Linderung klinischer Symptome bei an Caniner Atopischer Dermatitis (CAD) leidenden Hunden feststellen. Die zugesetzten Fettsäuren beeinflussen auf molekularer Ebene unter anderem die zelluläre Fettsäurenzusammensetzung, Membraneigenschaften, Lipidmediatoren, intrazelluläre Signaltransduktionswege, Enzymaktivitäten sowie die Genexpression. Den in der Literatur beschriebenen positiven Effekten von PUFA steht die Feststellung gegenüber, dass insbesondere diese Fettsäuren einem radikalischen Angriff unterliegen und begünstigend auf die Entstehung von Lipidperoxiden sowie deren Abbauprodukten wirken. In diesem Zusammenhang konnte in verschiedenen Untersuchungen festgestellt werden, dass eine hohe Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies und Lipidperoxide bzw. deren Abbauprodukte zu einer Schädigung der DNA führen. Eine zentrale Rolle in der Pathogenese der CAD nehmen die Mastzellen der Haut ein. Bei Einwirkung eines Allergens schütten sie einerseits präformierte Entzündungsmediatoren aus und produzieren auf der anderen Seite auch neue Mediatoren. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen einer Supplementierung des Zellkulturmediums einer caninen Mastozytomzelllinie (C2) mit unterschiedlichen n6- und n3-FS, unter Berücksichtigung des Einflusses auf das Fettsäurenmuster und das Wachstum, auf oxidative Parameter der Zellen zu untersuchen. Die Kultivierung der C2 erfolgte zur Kontrolle im Grundmedium und daneben in Linol- (C18:2n6), Linolen- (C18:3n3), Arachidon- (C20:4n6) und in Eisosapentaen- (C20:5n3) säure-supplementiertem Medium (je 20 μM). Das Wachstum der C2 wurde über die Dauer von 8 Tagen verfolgt. Am 8. Tag der Kultivierung wurden die Zellen für folgende Bestimmungen gewonnen  Gehalt an α-Tocopherol in den Zellen und im Medium mit HPLC  Fettsäurenmusters mittels Gaschromatographie  intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies mittels Fluoreszenzfarbstoff  Lipidperoxidabbauprodukte mittels Thiobarbiturat-Reaktive Substanzen-Test  oxidative DNA-Schäden mittels Comet-Assay Die Ergebnisse zeigen, dass das Wachstum der C2 durch die Supplementierung des Mediums mit n3- und n6-FS nicht beeinflusst wird. Die supplementierten FS sowie ihre Desaturierungs- und Elongationsprodukte reichern sich in den zellulären Membranen an. Die Produkte der Δ5-Desaturase sind jedoch nicht oder nur geringfügig erhöht, was für das Vorliegen eines Desaturasedefektes spricht. Die mit PUFA kultivierten C2 weisen eine erhöhte intrazelluläre ROS-Konzentration, sowohl mit als auch ohne Zufuhr eines Stressors auf. Dabei zeigt sich eine Abhängigkeit von der Anzahl der Doppelbindungen der zellulären FS. Auch eine erhöhte Menge an Lipidperoxidabbauprodukten ist mit steigender Anzahl von Doppelbindungen der FS festzustellen. Diese Ergebnisse spiegeln sich in einem erhöhten Kernschädigungs-Score bei den mit PUFA supplementierten C2 wieder. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass PUFA eine pro-oxidative Wirkung auf C2-Zellen haben. Frühere Studien konnten zeigen, dass eine Zunahme der oxidativen Anfälligkeit von Zellen durch eine gezielte Zufuhr von Antioxidantien teilweise kompensierbar ist. Diese Feststellungen legen die Schlussfolgerung nahe, eine kombinierte Verabreichung von PUFA und Antioxidantien vorzunehmen, um die negativen Effekte diätetisch verabreichter FS zu kompensieren. Inwiefern eine solche Kombination mit antioxidativen Substanzen diese pro-oxidativen Effekte beeinflussen kann, sollte in weiteren in vitro Studien und schließlich Fütterungsstudien (in vivo) untersucht werden.

Atopische Dermatitis (Atopisches Ekzem) ist die häufigste Erkrankung der Haut, und sie ist mit der Entwicklung anderer schwerwiegenden atopischen Erkrankungen wie Lebensmittelallergien, allergischer Rhinitis, Heuschnupfen und Asthma vergesellschaftet. Inaktivierende Mutationen im Filaggrin (FLG) Gen zeigten die stärkste Assoziation mit dem Krankheitsbild der atopischen Dermatitis. FLG wird fast ausschließlich in der Epidermis der Haut ausgeprägt und trägt maßgeblich zur normalen Differenzierung von Keratinozyten und zur Integrität der Hautbarriere bei. Bi-allelische inaktivierende Mutationen in dem Gen verursachen die Hauterkrankung Ichthyosis vulgaris, bei es zu Ausbildung einer übermäßig trockenen und schuppigen Hautoberfläche kommt. Etwa die Hälfte aller Ichthyosis vulgaris Patienten entwickeln ebenfalls atopische Dermatitis im Laufe Ihres Lebens. Zusätzlich treten in Ichthyosis vulgaris Patienten häufiger atopische Krankheitsbilder auf als in Gesunden. Als Modell zur Erforschung molekularer Grundlagen der Pahtologie des atopischen Ekzemes und von Pathomechanismen der Atopie eignet sich die „flaky tail“ Mauslinie. Diese Mäuse entwickeln typische Merkmale einer systemischen Atopie wie z.B. einen Barriere Defekt der Haut, ein Hautekzem, eine Entzündung der Lunge, sowie erhöhte Mengen an Immunglobulin E im Serum. In diesem Modell wird die Krankheitsentwicklung durch zwei natürlich entstandene Mutationen in den Genen Flg und Tmem79 verursacht. Die das Gen Flg betreffende Mutation bewirkt eine reduzierte Expression, welche einen Ichthyosis vulgairs ähnlichen Phänotyp auslöst, der durch Schuppenartige („flaky“) Haut am Schwanz („tail“) gekennzeichnet ist (Flgft). Die Mutation im Tmem79 Gen bewirkt eine matte Fellfarbe und wird daher als „matted“ Mutation (Tmem79ma) bezeichnet. Obwohl die Mutationen in benachbarten Regionen des Maus Chromosoms 3 zu finden sind, konnten diese genetisch getrennt werden. Dadurch gelang es zu zeigen, dass allein die Tmem79ma Mutation ausreicht, um Ekzeme und systemische Atopie in Mäusen auszulösen. Nach Rückkreuzung der Flgft Mutation auf den pro-allergischen BALB/c genetischen Hintergrund entwickelten die Flgft/ft BALB/c Mäuse eine - Erkrankung ähnlich der atopischen Dermatitis, die ebenfalls von spontanem Asthma und hohen IgE Konzentrationen im Serum gekennzeichnet war. Beides sind Hauptmerkmale des sogenannten atopischen Marsches. Diese Versuche implizierten, dass Filaggrin eine wichtige Funktion im Schutz vor der Entwicklung von Atopie in Mäusen ausübt. Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen wurden nach dem Rückkreuzen von Flg knockout (Flg-/-) Mäusen auf den BALB/c Hintergrund nur ein transienter neonataler Ichthyose Phänotyp, aber keine Hautentzündung oder Atopie beobachtet. Um diese Diskrepanz besser zu verstehen, generierten wir Flg knockout Mäuse direkt im BALB/c Hintergrund. Diese genetisch reinen Flg-/-/BALB/c Mäuse rekapitulierten den neonatalen Ichthyose Phänotyp, und sie zeigten einen Barriere Defekt, der die perkutane Sensibilisierung förderte. Spontane Entzündungen der Haut oder systemische Atopie wurden allerdings nicht beobachtet. Um die genetische Ursache der Atopie in Flgft/ft BALB/c Mäusen zu verstehen, sequenzierten wir das Genom mittels PacBio long read sequencing und verglichen es mit dem BALB/c Referenzgenom. Überraschenderweise zeigte die Analyse, dass die kongenen Flgft/ft BALB/c Mäuse ebenfalls die Atopie-verursachende Tmem79ma Mutation im homozygoten Zustand trugen. Zuvor wurde berichtet, dass die Flgft und Tmem79ma Mutationen vor dem Rückkreuzen des Flgft Allels auf den BALB/c Hintergrund voneinander getrennt werden konnten. Unsere Beobachtungen erklären nun die phänotypische Diskrepanz zwischen den Flgft/ft BALB/c und den Flg-/-/BALB/c Mäusen. Die Daten implizieren, dass der alleinige Funktionsverlust von FLG keine Atopie auslöst und werden durch Beobachtungen in einem Teil der FLG-defizienten Ichthyosis vulgaris Patienten gestützt, die ebenfalls keine Atopie zeigen. Es ist trotzdem wahrscheinlich, dass der Verlust von Filaggrin im Zusammenspiel mit weiteren genetischen Barriere Defekten, wie z.B. Mutationen im Tmem79 Gen das Krankheitsbild der Atopie qualitativ beeinflusst.:Abbreviations 6 Summary 9 Zusammenfassung 11 Introduction 13 Skin 13 Epidermis 13 The immune system 15 Adaptive immune response effector mechanisms 17 Allergic diseases 19 Atopic march 19 Atopic dermatitis 19 Metabolics of AD skin 23 Filaggrin and AD 25 Current mouse models of barrier defect and AD 29 Induced AD mouse models 29 Transgenic and knock out (KO) AD mouse models 30 Inbred mouse strains spontaneously developing AD-like disease 31 Mouse models of FLG-deficiency 32 AD and microbiome 34 Aim 37 Material and methods 38 Generation of Flg-/- mice 38 Crispr targeting strategy 38 α-FLG Western Blot 39 Protein extract preparation 39 SDS Electrophoresis 39 α-FLG Immunofluorescence staining 40 PCR Typing 40 Isolation of genomic DNA from mouse tail tips 40 PCR typing strategy 41 H&E staining of neonatal mouse ear skin 42 Ear thickness measurement 44 Quantification of transepidermal water loss (TEWL) 44 Quantification of total and antigen-specific IgE 44 Whole back skin RNA Sequencing (RNA-Seq) 44 Sorting of basal ear skin keratinocytes for RNA extraction, by fluorescence-activated cell sorting (FACS) 45 Quantitative real time PCR (qRT-PCR) 47 Flow cytometric analysis of ear skin 48 Analysis of DO11.10+/4get transgenic T cell response to epicutaneous OVA immunization 49 Skin microbiome analysis 50 S.aureus colonization of Flg mutant mice 51 Long-term epicutaneous OVA treatment 52 Mapping of reads, assembly, annotation and variant calling 53 Statistical analysis 55 Results 56 Generation and validation of Flg-/-/ BALB/c mice 56 Large sequence deletions detected in Flg-mutant mice by PCR 56 Complete loss of FLG protein expression in Flg-/- mice 57 Flg-/-/BALB/c mice show a barrier-defective skin 59 FLG-deficient skin is devoid of inflammation 61 FLG-deficient skin shows age-related inside-out barrier defect 62 Mild T cell expansion and no other changes in the epidermal compartment of the Flg-/-/BALB/c mice 62 γδ T cell expansion in the whole ear skin suspensions of FLG-deficient mice 64 Lack of systemic atopy in FLG-deficient mice, as indicated by IgE quantification 67 S. aureus colonization does not trigger eczema or atopy in FLG-deficient mice 68 Sensitization with a protein Ag does not trigger inflammation in FLG-deficient mice 69 FLG-deficient skin shows age-related outside-in barrier defect 69 Mild inflammatory signature detected in Flg-/-/BALB/c back skin by RNA sequencing 71 Type 2 immune response signalling detected in Flg-/-/BALB/c ear skin keratinocytes by RNA sequencing 72 FLG-deficient ear skin shows elevated IL-1b expression 74 Reduced cutaneous commensal microbial diversity in FLG-deficient mice 75 Presence of atopy-causing Tmem79ma mutation in Flgft/ft BALB/c mouse genome account for phenotypic differences with our Flg-/-/BALB/c mice 76 Discussion 81 FLG-deficiency in mice does not trigger spontaneous atopic disease 81 FLG-deficiency in mice causes mild immunological perturbation 82 Atopic march, observed in Flgft/ft BALB/c congenic strain, can be explained by the presence of the matted mutation 88 Relevance of filaggrin deficiency for the pathogenesis of atopy in mouse and man 89 References 92 Acknowledgments 136 Erklärung zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 137 Erklärung über die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben 138

Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die Mastzellen der Haut sind bedeutende Immuneffektorzellen in der Pathogenese der Caninen Atopischen Dermatitis (CAD; OLIVRY et al. 1997). Diese Zellen schütten in der Sofort- und in der Spätphase der Überempfindlichkeitsreaktion des Typs I Entzündungsmediatoren aus. Diätetisch verabreichte Fettsäuren werden in zelluläre Membranen eingebaut und sind somit in der Lage, die Produktion und Freisetzung dieser Entzündungsmediatoren zu beeinflussen. In der Praxis konnte gezeigt werden, dass eine diätetische Ergänzung von n6- und n3-Fettsäuren im Verhältnis von 5 zu 1 eine Linderung der klinischen Symptomatik bei 40% der an CAD leidenden Hunde herbeiführte (SCOTT et al. 1997). Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu überprüfen, welche Auswirkungen der Einbau supplementierter n6- und n3-Fettsäuren auf die Fettsäurenzusammensetzung und die Prostaglandinfreisetzung caniner Mastocytomzellen (C2) hat und ob diese Zellen in Bezug auf ihren Fettsäurenstoffwechsel als Modell für die CAD geeignet sind. Die Kultivierung der Zellen erfolgte in einem Grundmedium (DEH) oder in mit 14 µM Linol- (C18:2n6, DEH-LA), Gammalinolen- (C18:3n6, DEH-GLA), Arachidon- (C20:4n6, DEH-AA), a-Linolen- (C18:3n3, DEH-LnA), Eicosapentaen- (C20:5n3, DEH-EPA) oder Docosahexaensäure (C22:6n3, DEH-DHA) angereichertem Medium. Das Wachstum der C2 wurde in allen Kulturmedien über 11 Tage kontrolliert. Für die weiteren Untersuchungen wurden die Zellen am 4. bzw. 8. Tag geerntet, zweimal mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung gewaschen und anschließend unter Stickstoff getrocknet. Die Ermittlung der Fettsäurenzusammensetzung der C2 erfolgte mittels Gaschromatographie nach Extraktion und Umesterung der Phospholipide. Dabei wurde L-a-Phosphatidylcholin-C17:0 als Interner Standard genutzt. Für die Bestimmung der Prostaglandine (PG) D2 und E2 wurden die Zellen mit dem Wespengift Mastoparan stimuliert. PGD2 wurde mittels eines PGD2-Methoxim-Enzym-Immunoassay (EIA) und PGE2 wurde mit Hilfe eines Radio-Immunassays (RIA) bestimmt. Die C2 zeigten in allen Kulturmedien eine Vermehrung lebender Zellen bis zum 8. Kultivierungstag, danach nahm die Zahl der abgestorbenen Zellen deutlich zu. Die Fettsäurensupplementierung beeinflusste das Zellwachstum nicht. Die erhöhte Zufuhr der Fettsäuren bewirkte eine Konzentrationserhöhung der entsprechenden Fettsäuren in den C2 (LA 4,9-fach, GLA 6,9-fach, AA 6-fach, LnA 9,3-fach, EPA 6,5-fach, DHA 8,4-fach). Weiterhin wurden signifikante Erhöhungen von Fettsäurenmetaboliten, die über die Elongasen und die D6-Desaturase aus den zugegebenen Fettsäuren gebildet werden, in den C2 gefunden. Produkte der D5-Desaturase waren dagegen nur in geringen Mengen nachweisbar. Ein zeitabhängiger Effekt des Einbaus der geprüften supplementierten Fettsäuren konnte nur für LA festgestellt werden, welche nach 8 Tagen in DEH-LA kultivierten C2 signifikant stärker eingebaut wurde als nach 4 Tagen. Die vorliegenden Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass in den C2 eine geringe Aktivität der D5-Desaturase vorliegt. Da eine niedrige Aktivität dieser Desaturase als möglicher Pathogenesemechanismus für das Auftreten der CAD verantwortlich gemacht wird, erscheinen die C2 als Modell für weitere Untersuchungen der CAD geeignet. Die durch Mastoparan stimulierte Freisetzung von PGE2 der C2 war bei der Kultivierung der Zellen im DEH-LnA und DEH-DHA signifikant erniedrigt und im DEH-AA und DEH-EPA signifikant erhöht. Die Ursache für die unterschiedlichen PGE2-Konzentrationen in C2 nach dem Zusatz der verschiedenen n3-Fettsäuren (LnA, EPA, DHA) ist bisher unklar. Verschiedene Möglichkeiten der Beeinflussung des Prostaglandinstoffwechsels durch diese Fettsäuren werden diskutiert. Auf Grund der erhaltenen Ergebnisse können die C2 als Modell genutzt werden, um die Mechanismen der Produktion von Prostaglandinen oder anderen Entzündungsmediatoren näher zu untersuchen und somit zur Erforschung der Pathogenesemechanismen der atopischen Dermatitis des Hundes sowie des Menschen beizutragen. / Cutaneous mast cells are considered as key immune effector cells in the pathogenesis of canine atopic dermatitis (CAD; OLIVRY et al. 1997). These cells release immediate-phase and late-phase mediators of inflammation. Dietary fatty acids are incorporated in cellular membranes and seem to influence mediator production and release. A dietary intervention with n6- and n3-fatty acids with a ratio from 5 to 1 alleviated clinical symptoms in 40% of atopic dogs (SCOTT et al. 1997). The purpose of this study was to examine the effects of n6- and n3-fatty acids on the fatty acid composition and the production of prostaglandins in canine mastocytoma cells (C2) as a possible model for CAD. Cells were cultured in a basic medium (DEH) or with additional 14 µM linoleic (C18:2n6, DEH-LA), gammalinolenic (C18:3n6, DEH-GLA), arachidonic (C20:4n6, DEH-AA), a-linolenic (C18:3n3, DEH-LnA), eicosapentaenoic (C20:5n3) or docosahexaenoic acid (C22:6n3, DEH-DHA). Cell growth was examined for 11 days in all media. The cells were harvested after 4 or 8 days, washed twice with phosphated buffered saline and dried under nitrogen for fatty acid analysis. The fatty acid composition was determined by gas chromatography after extraction and transesterification of the phospholipids using di-C17-phosphatidylcholin as internal standard. For measurment of prostaglandin (PG) D2 and E2 the C2 were stimulated with the wasp venom peptide mastoparan. PGD2 was measured by PGD2-methoxim-enzymimmunoassay (EIA) and PGE2 was determined by radioimmunoassay (RIA). Cell growth increased from day 1 to 8 and decreased thereafter in all media conditions. The supplied fatty acid did not influence the cell growth. Added fatty acids increased the concentration of these fatty acids in C2 (LA 4.9-fold, GLA 6.9-fold, AA 6-fold, LnA 9.3-fold, EPA 6.5-fold, DHA 8.4-fold). Futhermore elongated and D6-desaturated products of the corresponding fatty acids were significantly elevated, however D5-desaturated products were not measurable. An increased time dependent incorporation was only detectable for LA after culturing C2 in DEH-LA. The results let us assume that C2 has no activity of the D5-desaturase. If the assumed low activity of these desaturase is one of the mechanisms underlying the pathogenesis of CAD, C2 seems to be an adequate model for CAD. The production of PGE2 after stimulation with mastoparan was significantly reduced when C2 were cultured in DEH-LnA and DEH-DHA and was significantly increased when C2 were cultured in DEH-AA and DEH-EPA. The reason for the different PGE2-production in C2 after the treatment with the n3-fatty acids (LnA, EPA or DHA) being unsettled. The observed results suggest, that C2 could be used to investigate the mechanisms of production and release of prostaglandins or other mediators as a model to improve our understanding of the pathogenesis of canine or human atopic dermatitis.

Background: Birch pollen is an important outdoor allergen able to aggravate symptoms in atopic dermatitis (AD). Specific immunotherapy (SIT), an established procedure for allergic airway diseases, might also represent an attractive therapeutic option for the causal treatment of allergen-triggered cutaneous symptoms in these patients. Studies with house dust mite SIT have already shown beneficial effects in AD patients, whereas the safety and efficacy of SIT with birch pollen extract in AD patients have not been studied so far. The aim of this study was to evaluate for the first time the safety and efficacy of SIT with a depigmented polymerized birch pollen extract in AD patients. Methods: Fifty-five adult patients with moderate-to-severe AD and clinically relevant sensitization to birch pollen received SIT for 12 weeks. SIT was continued during birch pollen season. The assessment of safety, the total SCORAD value, and the Dermatology Life Quality Index (DLQI) were evaluated. Results: The median total SCORAD value was reduced by 34% (p < 0.001) during the course of treatment and the mean DLQI improved by 49% (p < 0.001) despite strong simultaneous birch pollen exposure. Eight patients (14.5%) developed systemic reactions and 19 patients (34.5%) developed local reactions which were of mild intensity in most cases. No patient discontinued the study prematurely due to adverse drug reactions. Coseasonal treatment was well tolerated. Conclusion: SIT with a depigmented polymerized birch pollen extract leads to significant improvement of the SCORAD value and the DLQI in patients suffering from moderate-to-severe AD sensitized to birch pollen. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Mastzellen sind ubiquitär im Bindegewebe vorkommende Zellen, welche eine Vielzahl von Mediatoren physiologischer und pathologischer Prozesse exprimieren. Ihre Zahl ist in gesunden Geweben gering, am höchsten jedoch in der Haut und Schleimhäuten von Nase, Auge und Gastrointestinaltrakt sowie in der Lunge. Die Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe zeigen, dass unter pathologischen Bedingungen, insbesondere bei entzündlichen Reaktionen und Erkrankungen des atopischen Formenkreises, die Mastzellzahlen um ein Vielfaches steigen. Dabei werden die Vorläuferzellen des Blutes, welche aus einer CD34+/c-Kit+ hämatopoetischen Stammzelle des Knochenmarkes rekrutiert werden, aktiviert und durch chemotaktisch wirkende Faktoren zur Einwanderung in die Gewebe stimuliert. Unter Verwendung von in vitro Kulturmodellen konnte gezeigt werden, dass diese Vorläuferzellen im Blut die Expression von c-Kit und CD34 herunterregulieren und als Zellpool im peripheren Blut zirkulieren. Nach Aktivierung der Zellen wurde c-Kit wieder nachgewiesen. Die Zellen wandern ins Gewebe ein und differenzieren dort unter Einfluss von Zytokinen, welche durch andere Gewebszellen freigesetzt werden, aus. Es wurden Wechselwirkungen in der Haut zwischen Mastzellen und Fibroblasten, Melanozyten, Keratinozyten und Nervenzellen gezeigt. Als Mittler dieser Wechselwirkungen konnten, neben den in der Literatur beschriebenen Faktoren, von uns SCF, GM-CSF, NGF und andere Neurotrophine zum Beispiel BDNF, NT-3 und NT-4 gezeigt werden. Die Regulation und Freisetzung dieser Faktoren ist bei pathologisch veränderter Haut, wie bei Atopischer Dermatitis, Psoriasis, Haarwachstumsstörungen, Tumoren der Haut und in der Wundheilung verändert. Die Modulation der Expression dieser Faktoren und ihrer Rezeptoren durch verschiedene Therapeutika, wie Glukokortikoide, Antihistaminika, Retinoide und UV-Bestrahlung konnte in verschiedenen Kulturmodellen gezeigt werden. Diese Erkenntnisse können in Zukunft bei der Entwicklung neuer Therapeutika zur Behandlung von verschiedenen Erkrankungen der Haut, Lunge sowie Darm und, da in zunehmendem Maße auch von Mastzellfunktionen in anderen Organen, wie Hirn, Herz, Leber und Niere berichtet wird, auch hier weiterführend beitragen. / Mast cells are ubiquitary connective tissue cells derived from bone marrow CD34+/c-Kit+ stem cells. They are able to produce various regulators of physiological and pathological processes. Normally, they are present in low numbers with highest density in skin and nasal, ophthalmic, gastrointestinal and pulmonary mucosa. The number is increased up to 100-fold in various pathological processes as inflammatory reactions and atopic diseases. During this processes mast cell precursors from peripheral blood are activated, migrate in the tissues by the effects of chemotactically acting factors. In order to elucidate the mechanisms involved in this processes, we established different in vitro cell culture models. Our results suggest that the precursor cells circulating in the peripheral blood do not express c-Kit. When the cells are activated, c-Kit expression is upregulated and the cells are able to migrate in the tissue, where they differentiate influenced by cytokines released from tissue cells. The interaction between mast cells and fibroblasts, melanocytes, keratinocytes and nerve cells were studied. Stem cell factor, GM-CSF, nerve growth factor and other neurotrophins as BDNF, NT-3 and NT-4 could be demonstrated as mediators of this interactions. The regulation and release of these factors are modified in pathological skin diseases as atopic dermatitis, psoriasis, changes in the hair cycle and skin tumors and in wound healing. Modulation of expression of these factors and its receptors by therapeutics as glucocorticoids, antihistamines, retinoids and UV-radiation was shown in different culture models. Our results may contribute to develop new therapeutics for skin, pulmonary and intestinal diseases and give new insights in mast cell functions in brain, liver and kidney.