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Bibliographische Beschreibung Fabian Pelkner Titel der Dissertationsschrift: Die Expression der Chemokinrezeptoren CXCR7 und CXCR4 in Astrozyten während der Entwicklung und unter pathologischen Bedingungen Universität Leipzig, Publikationspromotion 53 Seiten, 94 Literaturangaben, 1 Publikation Referat Das Chemokin SDF-1/CXCL12 und seine Rezeptoren CXCR4 und CXCR7 sind entscheidend an der normalen Hirnentwicklung, der Aufrechterhaltung der Hirnhomoöstase und an diversen Pathologien des zentralen Nervensystems (ZNS) beteiligt. In dieser Arbeit sollte das Expressionsmuster der beiden Chemokinrezeptoren CXCR4 und CXCR7 in Astrozyten während der Hirnentwicklung und in unterschiedlichen ZNS Erkrankungen analysiert und verglichen werden. Des Weiteren sollte untersucht werden, welche unter pathologischen Bedingungen freigesetzten Mediatoren bzw. assoziierten Prozesse an der Regulation der Rezeptorexpression beteiligt sind. Die Rezeptorexpression wurde mittels Immunhistochemie charakterisiert und verglichen. Astrozyten wurden durch Detektion des sauren Gliafaserproteins (GFAP) identifiziert. Die Analyse erfolgte an ZNS-Gewebeschnitten von Sprague-Dawley-Ratten unterschiedlicher Entwicklungsstadien, sowie von Tieren mit induziertem Hirninfarkt, induzierter Rückenmarksquetschung und experimenteller Autoimmun-Encephalomyelitis. Als humane Pathologien standen ZNS-Gewebeproben von Verstorbenen mit Morbus Alzheimer und ischämischem Hirninfarkt zu Verfügung. Der Einfluss pathologieassoziierter Faktoren auf die Regulation des astrozytären Rezeptorstatus wurde an kultivierten primären Astrozyten mittels Western Blot Analyse untersucht. Am Embryonaltag 18 (E18) zeigten sich CXCR7+/GFAP+-Zellen in der ventrikulären/subventrikulären Zone, während CXCR4 in GFAP+-Zellen nicht nachweisbar war. Im frühen postnatalen (P2) und im adulten Gehirn waren sowohl CXCR7+- als auch CXCR4+-Astrozyten vor allem auf die Membrana glialis limitans superficialis beschränkt. Alle untersuchten Hirnpathologien waren durch eine deutliche Zunahme der astrozytären Expression von CXCR7, nicht aber von CXCR4 charakterisiert. Als expressionsregulierende Faktoren konnten das anti inflammatorische Zytokin Interferon-β (IFN-β), das pro inflammatorische Zytokin Interferon-γ (IFN-γ) und Hypoxie identifiziert werden. Dabei nahm die Expression von CXCR7 in kultivierten Astrozyten nach Behandlung mit IFN γ sowie unter hypoxischen Bedingungen zu, nach Behandlung mit IFN-β jedoch ab. Die astrozytäre CXCR4 Expression blieb unter allen untersuchten experimentellen Bedingungen unbeeinflusst. Die erhaltenen Befunde unterstützen die zuvor aufgrund von in-vitro-Befunden formulierte Hypothese, wonach das SDF-1-Signal in Astrozyten ausschließlich über CXCR7 vermittelt wird. Weiterhin legen die Befunde die Vermutung nahe, dass die astrozytäre CXCR7 Expression eine zentrale Rolle bei der Astrogliose spielen könnte und damit auch modulierend auf den Verlauf verschiedener Hirnerkrankungen wirkt.

The final publication is available at http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1315828110. Yuxiang Rui, Tasuku Honjo, and Shunsuke Chikuma. Programmed cell death 1 inhibits inflammatory helper T-cell development through controlling the innate immune response. PNAS 2013 110 (40) 16073-16078; published ahead of print September 16, 2013. / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医科学) / 甲第17954号 / 医科博第47号 / 新制||医科||4(附属図書館) / 30784 / 京都大学大学院医学研究科医科学専攻 / (主査)教授 竹内 理, 教授 生田 宏一, 教授 篠原 隆司 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Aus klinischen Studien ist bereits bekannt, dass die aus der Christrose (Helleborus purpurascens) isolierte makrozyklische Substanz MCS-18 in der Lage ist, eine pathologisch aktivierte Immunreaktion wie die rheumatoide Arthritis zu unterdrücken. In der vorliegenden Arbeit stand die Untersuchung der immunmodulatorischen Wirkung von MCS-18 auf dendritische Zellen (DZ) im Vordergrund. Um eine potente Immunantwort zu induzieren, müssen DZ reifen. Hier konnte in vitro gezeigt werden, dass MCS-18 in der Lage ist, die Expression der typischen Reifungsmarker wie CD80, CD86 und vor allem CD83 zu unterdrücken. Darüber hinaus konnte in vitro eine konzentrationsabhängige Reduktion der DZ- T-Zell - Clusterbildung und eine Blockade der DZ-vermittelten T-Zell Stimulation nachgewiesen werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit konnte zusätzlich eine dosisabhängige Reduktion der DZ-unabhängigen, anti-CD3/anti-CD28-vermittelten T-Zell Stimulation gezeigt werden. Ferner konnte eine konzentrationsabhängig reduzierte CCR7 -Expression auf der Oberfläche behandelter DZ und daraus resultierend eine eingeschränkte Migrationsfähigkeit der DZ entlang eines CCL19-Gradienten nachgewiesen werden. In vivo besitzt MCS-18 das Potential, die der EAE (ein Mausmodell der humanen Multiplen Sklerose) assoziierten Paralysesymptome sowohl bei prophylaktischer als auch bei einer realen Verhältnisse am nächsten kommenden therapeutischen Gabe zu reduzieren. Selbst bei der Induktion einer zweiten EAE konnte ein lang anhaltender immunsupprimierender Effekt von MCS-18 festgestellt werden. Am bedeutendsten für eine potentielle spätere therapeutische Anwendung am Menschen ist jedoch die Tatsache, dass MCS-18 auch oral verabreicht wirksam bleibt. Histologisch konnte bei mit MCS-18 behandelten Mäusen eine stark reduzierte Infiltration des Gehirns und Rückenmarks mit CD45+ Leukozyten nachgewiesen werden. Zusammengefasst zeigen sowohl die in vitro als auch die in vivo gewonnenen Daten das große therapeutische Potential von MCS-18 für die Therapie von autoimmunen oder anderen immunbedingten Erkrankungen auf.

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Axonal domains are required for proper neuron function. These domains are unstable and degenerate concurrent with the inflammation in multiple sclerosis (MS) and the inflammatory disease models experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) and lipopolysaccharide (LPS) induced inflammation. Previous studies from our laboratory have shown that the axon initial segment (AIS) is maintained independently of the presence of myelin, but that AIS disruption is seen in MS as well as EAE and LPS-mediated inflammation. AIS loss can be interrupted in the early stage of EAE using the anti-inflammatory drug Didox. However, the potential for Didox directed repair of the AIS in later stages of disease has not been investigated. Here, we utilize two models of CNS inflammation to assess the possibility of reversing AIS pathology. Based on our findings, we present the first evidence that AIS degeneration, an axonal pathology observed in MS and in chronic inflammation, is reversible.

Endogenous retroviruses (of the HERV-W family) represent about 8% (1%) of our genome. Their endogenous and exogenous forms (MSRV, Multiple Sclerosis-associated RetroVirus) can alter the regulation of the immune system and be involved in inam- matory and autoimmune pathologies (Multiple Sclerosis). The MSRV envelope protein (ENV) stimulates T lymphocytes by acting as a superantigen. It also interacts with mono- cytes and dendritic cells via membrane receptors, thereby provoking inammatory cytokine production. Our studies are based on the characterisation of the immunological cascade leading from the interaction of the viral envelope with its receptor to the pathological inammatory reaction. The work presented in this thesis combines an in vitro cellular and molecular approach with an in vivo validation using an animal model (mouse). The chosen animal model is Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) in which the complete Freund's adjuvant can be replaced by ENV. Its effects on the murine organism are evaluated on several levels: analysis of behaviour (clinical score) and brain (IRM), cellular and molecular analysis of the immune system. Furthermore, we want to generate a transgenic mouse model expressing different ENVs (MSRV/HERV) under the control of different promoters since MSRV/HERV are found only in great apes. This model, of which the rst steps of elaboration are part of this work, will allow us to study the behaviour of the ENV over-expressing animals as well as their brain and the effects on the immune system.

L'activation dérégulée de lymphocytes T conduit à une réponse immune délétère envers les antigènes du soi. Malgré une utilisation croissante de doses élevées d'IVIg pour traiter les maladies auto-immunes, la compréhension des mécanismes sous-jacents aux bénéfices thérapeutiques demeure un enjeu majeur. En effet, les effets des IVIg restent inexplorés dans le cadre des maladies auto-immunes associées aux lymphocytes T. J'ai recherché les effets de doses élevées d'IVIg dans la polarisation des lymphocytes T en utilisant le modèle de l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), une maladie auto-immune associée aux lymphocytes T. Les IVIg inhibent la différenciation des lymphocytes T CD4+ naïfs en sous-populations effectrices (lymphocytes Th1 et Th17) et induisent, de manière concomitante, une prolifération des lymphocytes T Foxp3+. Les IVIg diminuent les effets délétères des lymphocytes T sur les tissus en diminuant l'expression du GM-CSF et de la podoplanine. En outre, les IVIg empêchent la dégénérescence neuronale en inhibant l'infiltrat en lymphocytes T CD4+ dans le système nerveux central (SNC). Ce mécanisme passe par une séquestration de ces lymphocytes dans les ganglions lymphatiques drainants à travers la voie de signalisation S1P-S1P1-mTor. De manière intéressante, et contrairement aux données actuelles, le récepteur inhibiteur FcγRIIB et la sialylation des IVIg ne sont pas indispensables pour la modulation des sous-populations de lymphocytes T CD4+ effecteurs et régulateurs induite par les IVIg. Ainsi, le bénéfice thérapeutique des IVIg dans le modèle de l'EAE implique un déséquilibre de la balance entre les lymphocytes Th17/Th1 et les lymphocytes Trég, au profit des lymphocytes Trég. Ces cellules diminuent l'expression de médiateurs favorisant l'apparition de l'encéphalomyélite et inhibent la migration des lymphocytes T vers l'organe cible.

Axonal degeneration is a major pathological feature of the central nervous system (CNS) inflammatory demyelinating disease multiple sclerosis (MS). This axonal degeneration has major consequences, as functional axonal regeneration in the CNS is largely absent. Cumulative axonal degeneration is the likely cause of the majority of progressive MS-related disability, and therefore, the need for novel neuroprotective therapies for MS exists. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of MS pathology, also produces axonal injury. In particular, the optic nerve and spinal cord are key sites of neuroinflammation in mouse EAE. By utilizing this model, the short term and long term effects of the putative neuroprotective cytokine, leukaemia inhibitory factor (LIF), were investigated in the optic nerve and spinal cord utilising a number of outcome measures of axonal dysfunction. These included MRI measures of water diffusivity along (ADC ||) and across (ADC┴) the optic nerves, serum levels of phosphorylated neurofilament heavy chain subunit (pNF-H) and histological morphometric measures. LIF treatment reduced EAE grade and pNF-H plasma levels, decreased ADC┴, but had no effect on ADC ||, axon counts or inflammatory infiltration. / In contrast, genetic deletion of LIF and its sister cytokine ciliary neurotrophic factor (CNTF), not only increased EAE grade and pNF-H levels, but also decreased optic nerve ADC|| and optic nerve and spinal cord axon densities. After reviewing current literature, we hypothesize that the target cell for endogenously upregulated LIF in EAE may be the neuron or axon, whereas the target cell for exogenously administered therapeutic LIF may be another cell type, possibly infiltrating macrophages and activated microglial cells. LIF antagonist treatment did not have any affect on EAE grade, pNF-H levels or MRI parameters. This lack of effect may be due to the inability of the LIF antagonist to enter the CNS, supporting the hypothesis that endogenous LIF has a centrally acting mechanism.