Tierärztl. Hochsch., Diss., 2004--Hannover.

Die Expression eines funktionsfähigen BZR ist essentiell für die Entwicklung und Differenzierung von B-Zellen, für deren Toleranzinduktion und Sekretion protektiver Antikörper. Genetisch bedingte Defekte im BZR-Signaltransduktionsweg liegen den primären Immundefekten mit vorwiegendem Antikörpermangel („humoraler Immundefekt“) zu Grunde. Naive B-Zellen in der Peripherie exprimieren den BZR als zwei Isotypen (IgM und IgD), wohingegen unreife B-Zellen im Knochenmark nur IgM exprimieren. Die Bedeutung für diese differentielle IgM/IgD-Expression ist nicht bekannt. Es wird jedoch der Expression von IgD eine Rolle in der Generierung hochaffiner Antikörper und in der Regulation von B-Zell Toleranz zugeschrieben. In dieser Arbeit wurden die Familienmitglieder einer Indexpatientin klinisch, immunologisch und genetisch charakterisiert. Bei der Indexpatientin wurde ein Immundefekt im Sinne eines CVID diagnostiziert. Es zeigte sich eine auffällige Expression von IgD auf naiven B-Zellen, zudem konnte eine Variante in dem für IgD kodierenden IGHD-Gen nachgewiesen werden. Es konnte keine Korrelation zwischen dem Auftreten des Immundefektes und der p.Pro6Leu IGHD-Variante nachgewiesen werden. Ebenso zeigte sich bei den Trägern der IGHD-Variante kein Hinweis auf eine Störung der B-Zell Differenzierung oder ein Defekt der spezifischen Antikörperproduktion. Somit scheint die untersuchte p.Pro6Leu IGHD-Variante nicht ursächlich für den klinischen und immunologischen Phänotyp der Indexpatientin zu sein. Inwieweit die Variante ein relatives Risiko für die Entwicklung eines CVID darstellt, kann aus der Untersuchung der Familie nicht beurteilt werden und müsste in einer größeren CVID-Kohorte evaluiert werden. Da aus Untersuchungen von transgenen/knock-out Mausmodellen eine Bedeutung von IgD für die Regulation der peripheren B-Zell Toleranz vermutet wird, nutzten wir in dieser Arbeit charakterisierte heterozygote Träger der IGHD-Variante als „genetisches Modell“ zur Analyse der Bedeutung von IgD für die Entwicklung des Immunglobulin-Repertoires naiver B-Zellen des Menschen. Die durch allelische Exklusion bedingte chimäre Situation der IgD-Expression naiver B-Zellen bei heterozygoten IGHD-Variantenträgern machte den direkten Vergleich zwischen IgD+ Wildtyp-Populationen und IgD- Mutante im gleichen Organismus möglich. In den Untersuchungen des Immunglobulin-Repertoires von transitionalen und reifen, naiven B-Zellen in diesen Individuen zeigten sich jedoch keine wegweisenden Unterschiede zwischen IgD+ und IgD- Populationen. Insbesondere auch charakteristische Motive des Immunglobulin-Repertoires, die auf eine Autoreaktivität des kodierten Immunglobulins hin¬weisen (VH4-34 Gensegment, lange CDR3-Region, positive Ladung und Hydrophobizität der CDR3-Region) waren nicht unterschiedlich zwischen beiden Zellpopulationen. Somit scheint entweder die Expression von IgD auf naiven B-Zellen beim Menschen keinen Einfluss auf die Immunglobulin-Repertoire Entwicklung und die Regulation der Toleranzinduktion zu haben oder die verwendete Methodik ist nicht sensitiv genug, um mögliche Auffälligkeiten zu detektieren. Hier würde sich für zukünftige Untersuchungen des Immunglobulin-Repertoires eine Hochdurchsatzsequenzierung mittels next-generation sequencing und für die Analyse der Autoreaktivität die Expression und Reaktivitätstestung monoklonaler Antikörper aus individuellen B-Zellen anbieten. / The expression of a functional BZR is essential for the development and differentiation of B-cells, for their tolerance induction and secretion of protective antibodies. Genetic defects in the BZR signal transduction pathway are based on the primary immunodeficiencies with predominant antibody deficiency ("humoral immune deficiency"). Naive B-cells in the periphery express the BZR as two isotypes (IgM and IgD), whereas immature B-cells express only IgM in the bone marrow. The significance for this differential IgM / IgD expression is unknown. However, the expression of IgD is thought to play a role in the generation of high affinity antibodies and in the regulation of B cell tolerance. In this study, the family members of an index patient were characterized clinically, immunologically and genetically. The index patient was diagnosed with an immunodeficiency in the sense of a CVID. There was a conspicuous expression of IgD on naive B-cells as well as a variant in the IGHD gene coding for IgD. There was no correlation between the occurrence of the immunodeficiency and the p.Pro6Leu IGHD variant. Similary, the carriers of the IGHD Variant showed no evidence of a disturbance of the B-cell differentiation or a defect in the specific antibody production. Thus, the investigated p.Pro6Leu IGHD variant does not seem to be causative for the clinical and immunological phenotype of the index patient. The extent to which the variant poses a relative risk for the development of a CVID can not be assessed from the family examination and would have to be evaluated in a larger CVID cohort. Since investigations of transgenic / knock-out mouse models suggest an interpretation of IgD for the regulation of peripheral B-cell tolerance, we used heterozygous carriers of the IGHD variant characterized in this work as a "genetic model" to analyze the significance of IgD for the development of the immunoglobulin repertoire of naive human B-cells. The chimeric situation of IgD expression of naive B-cells in heterozygous IGHD variant carriers caused by allelic exclusion made a direct comparison possible between IgD + wild-type populations and IgD mutants in the same organism. However, studies of the immunoglobulin repertoire of transitional and mature, naive B cells in these individuals, did not reveal any landmark differences between IgD + and IgD populations were found. In particular, characteristic motifs of the immunoglobulin repertoire indicating autoreactivity of the encoded immunoglobulin (VH4-34 gene segment, long CDR3 region, positive charge and hydrophobicity of the CDR3 region) were not different between the two cell populations. Thus, either the expression of IgD on naive B-cells in humans does not seem to have any effect on the immunoglobulin repertoire development and the regulation of tolerance induction or the methodology used is not sensitive enough to detect possible abnormalities. For future investigations of the immunoglobulin repertoire a high-throughput sequencing by next-generation sequencing and for the analysis of autoreactivity the expression and reactivity testing of monoclonal antibodies from individual B-cells would be appropriate.

Da die Pathogenese der Multiplen Sklerose (MS) bis heute nicht vollständig geklärt ist, befassten wir uns mit der Rolle CEACAM1-exprimierender Immunzellen bei Patienten mit MS und untersuchten diese mittels durchflusszytometrischer Untersuchung. Bei CEACAM1 (Carcinoembryonic-antigen-related cell adhesion molecule) handelt es sich um ein Zelladhäsionsmolekül, das sowohl an inter- als auch intrazellulären Signalmechanismen modulatorisch beteiligt ist. Anhand unserer Ergebnisse scheint CEACAM1 keine zentrale Rolle in der Pathogenese der MS zu spielen. Es ließ sich jedoch eine signifikante Erhöhung CD56+dim NK-Zellen (natürliche Killerzellen) im peripheren Blut von Patienten mit schubförmig remittierender MS feststellen. Dies stützt die These, dass die „dim“-Subpopulation der NK-Zellen eine proinflammatorische Rolle in der Pathogenese der MS einnehmen könnte. Demnach sollte in Zukunft hinsichtlich der Entwicklung neuer Biomarker in der MS der Fokus auf NK-Zellen und Monozyten sowie deren Subpopulationen gerichtet werden. / Since the pathogenesis of multiple sclerosis (MS) is still not completely understood we examined the role of CEACAM1-expressing immune cells in patients with MS. CEACAM1 (carcinoembryonic-antigen-related cell adhesion molecule) can modulate inter- as well as intracellular interactions. By flow cytometric analysis we measured the frequency of different immune cells as well as the frequency of CEACAM1-expressing immune cells, mainly in patients with relapsing-remitting multiple sclerosis (RRMS). Our results suggest that CEACAM1-expressing immune cells do not play a major role in the pathogenesis of MS. Interestingly, the percentage of CD56+ dim natural killer cells (NK cells) was increased in patients with RRMS supporting the hypothesis that the „dim“ subpopulation of NK cells might contribute to the pathogenesis of MS in a proinflammatory way. Future studies should hence focus on examining the role of NK cells, monocytes and their subpopulations in MS aiming at finding possible new biomarkers.

Sepsis ist ein häufiges und akut lebensbedrohliches Syndrom, das eine Organfunktionsstörung in Folge einer dysregulierten Immunantwort auf eine Infektion beschreibt. Eine frühzeitige Diagnosestellung und Therapieeinleitung sind von zentraler Bedeutung für das Überleben der Patient:innen. In einer Pilotstudie konnte unsere Forschungsgruppe mittels Durchflusszytometrie eine ausgeprägte Hyporeaktivität der Thrombozyten bei Sepsis nachweisen, die einen potenziell neuen Biomarker zur Sepsis-Früherkennung darstellt. Zur Evaluation des Ausmaßes und Entstehungszeitpunktes der detektierten Thrombozytenfunktionsstörung wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zusätzlich zu Patient:innen mit Sepsis (SOFA-Score ≥ 2; n=13) auch hospitalisierte Patient:innen mit einer Infektion ohne Sepsis (SOFA-Score < 2; n=12) rekrutiert. Beide Kohorten wurden zu zwei Zeitpunkten (t1: <24h; t2: Tag 5-7) im Krankheitsverlauf mittels Durchflusszytometrie und PFA-200 untersucht und mit einer gesunden Kontrollgruppe (n=28) verglichen. Phänotypische Auffälligkeiten der Thrombozyten bei Sepsis umfassten: (i) eine veränderte Expression verschiedener Untereinheiten des GPIb-IX-V-Rezeptorkomplexes, die auf ein verstärktes Rezeptor-Shedding hindeutet; (ii) ein ausgeprägtes Mepacrin-Beladungsdefizit, das auf eine zunehmend reduzierte Anzahl von δ-Granula entlang des Infektion-Sepsis Kontinuums hinweist; (iii) eine Reduktion endständig gebundener Sialinsäure im Sinne einer verstärkten Desialylierung. Die funktionelle Analyse der Thrombozyten bei Sepsis ergab bei durchflusszytometrischer Messung der Integrin αIIbβ3-Aktivierung (PAC-1-Bindung) eine ausgeprägte generalisierte Hyporeaktivität gegenüber multiplen Agonisten, die abgeschwächt bereits bei Infektion nachweisbar war und gemäß ROC-Analysen gut zwischen Infektion und Sepsis diskriminierte (AUC >0.80 für alle Agonisten). Im Gegensatz dazu zeigten Thrombozyten bei Sepsis und Analyse mittels PFA-200 unter Einfluss physiologischer Scherkräfte eine normale bis gar beschleunigte Aggregation. Die Reaktivitätsmessung von Thrombozyten mittels Durchflusszytometrie stellt weiterhin einen vielversprechenden Biomarker für die Sepsis-Früherkennung dar. Für weitere Schlussfolgerungen ist jedoch eine größere Kohorte erforderlich. In nachfolgenden Untersuchungen sollten zudem mechanistische Ursachen der beschriebenen phänotypischen und funktionellen Auffälligkeiten von Thrombozyten bei Infektion und Sepsis z.B. mittels Koinkubationsexperimenten untersucht werden. / Sepsis is a frequent and life-threatening condition that describes organ dysfunction resulting from a dysregulated host immune response to infection. Early diagnosis and treatment are essential to improve patient survival. In a previous pilot study with sepsis patients, our research identified a severe platelet hyporeactivity using flow cytometry which could become a potential new biomarker for early sepsis diagnosis. To evaluate onset and extend of the detected platelet dysfunction in this study, we extended our patient cohort in addition to sepsis (SOFA-score ≥2; n=13) also to hospitalized patients with infection without sepsis (SOFA-score <2; n=12). Both cohorts were assessed at two time points during the disease (t1: <24h; t2: day 5-7) by flow cytometry and PFA-200 and compared with a healthy control group (n=28). Platelet phenotypic abnormalities during sepsis included: (i) altered expression of subunits of the GPIb-IX-V receptor complex, pointing to increased receptor shedding; (ii) a severe mepacrine loading deficit, indicating an increasingly reduced number of δ-granules along the infection-sepsis continuum; (iii) a reduction of terminally bound sialic acid, suggesting increased desialylation. Functional analysis of platelets in sepsis revealed a marked and generalized hyporeactivity toward multiple agonists when integrin αIIbβ3 activation (PAC-1 binding) was measured by flow cytometry, which was already to a lesser extend present in patients with infection and discriminated well between infection and sepsis according to ROC analysis (AUC >0.80 for all agonists). In contrast, platelets from septic patients showed normal to even accelerated aggregation when measured under flow condition and physiological shear forces by PFA-200. Analysis of platelet reactivity by flow cytometry remains a promising biomarker for early sepsis detection, but a larger cohort is needed for further conclusions. In subsequent studies, mechanistic causes of the described alterations in platelet phenotype and function during infection and sepsis should be investigated, e.g. by means of co-incubation experiments.

Makrophagen spielen als Zellen der angeborenen Abwehr eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr. Ziel dieser Arbeit war die phänotypische und funktionelle Charakterisierung von Alveolarmakrophagen der Ratte. Hierzu wurden die durch eine bronchoalveoläre Lavage gewonnenen Alveolarmakrophagen immunhistologisch und durchflusszytometrisch untersucht. Zusätzlich wurden sie in vitro mit LPS und IFN-g stimuliert. Die Produktion von Stickstoffmonoxid wurde mit dem Griess Reagenz bestimmt und die Expression von iNOS im Immunoblot nachgewiesen. Zudem wurde die Interaktion mit naiven T-Lymphozyten untersucht. Als Vergleichszellen wurden Peritonealmakrophagen verwendet. Bei den aus bronchoalveolären Lavagen gewonnenen Zellen handelte es sich eindeutig um CD68- und CD11b-positive Alveolarmakrophagen. Vollständig aktivierte Alveolarmakrophagen exprimierten zum Teil andere Oberflächenmoleküle als nicht-aktivierte. So stieg nach Stimulierung der Anteil der Makrophagen, die die kostimulatorischen Moleküle CD80 und CD86 exprimierten, auf ca. 80 Prozent an. Ebenso bildeten sie große Mengen an Stickstoffmonoxid (380 μmol/L NO nach 48 Stunden bei 1 μg/mL LPS) und exprimierten auch das Enzym iNOS. Die aktivierten Alveolarmakrophagen waren nicht in der Lage, naive T-Lymphozyten zu aktivieren. Die Stimulierung der Alveolarmakrophagen in vitro hat gezeigt, dass LPS und IFN-g in den getesteten Konzentrationen in der Lage waren, Makrophagen vollständig zu aktivieren. Die zweistufige Aktivierung von Makrophagen durch ein Priming mit IFN-g und eine darauf folgende vollständige Aktivierung mit LPS, ist bei hohen lokalen Konzentrationen auch nur mit LPS bzw. IFN- g möglich. Dies unterstreicht die besondere Bedeutung der beiden Mediatoren für die Aktivierung von Makrophagen. / Macrophages play an important role as cells of the innate immune system. The functional and phenotypic characterisation of alveolar macrophages of the rat was the purpose of this dissertation. Alveolar macrophages, extracted by bronchoalveolar lavage, were studied with immunohistologic and flow cytometric methods. In addition they were stimulated in vitro with LPS and IFN-. The production of nitrogenmonoxid was measured using the Griess Reagent System and the expression of iNOS was shown by immunoblotting. Further examinations of the interaction between alveolar macrophages and naive T lymphocytes were also performed. Peritoneal macrophages were used to perform a comparative analysis. The cells extracted by bronchoalveolar lavage are clearly alveolar macrophages (CD68 and CD11b in immunohistology almost 100 percent positive). The expression of surface proteins differed between completely activated alveolar macrophages and non-activated ones. After stimulation the amount of macrophages expressing the co-stimulatory molecules CD80 and CD86 rose up to 80 percent. Furthermore they were producing large amounts of nitrogenmonoxid (380 µmol/L NO after 48 hours with 1 µg/mL LPS) (see pictures 4.16 and 4.17) and were expressing the enzyme iNOS (picture 4.19) all of which cannot be observed for non-activated macrophages. Activated macrophages were not able to stimulate naïve T lymphocytes; explaining the absence of proliferation of T lymphocytes in MLR measurements. The in vitro stimulation of alveolar macrophages showed that LPS (125, 250, 1000 ng/mL) and IFN-g(250 ng/mL) were able to stimulate alveolar macrophages completely. The two-stage activation of macrophages utilizing IFN-gfor priming and a subsequently complete activation using LPS, is also possible using high concentrations of LPS or IFN-g alone. This points out the importance of the two mediators for the activation of macrophages.

Dendritische Zellen stellen eine Gruppe morphologisch, phänotypisch und funktionell einzigartiger Leukozyten dar, die eine zentrale Rolle bei der Regu-lation des Immunsystems spielen. Als die mit Abstand effektivsten antigen-präsentierenden Zellen besteht ihre Funktion sowohl in der Auslösung als auch in der Verhinderung spezifischer Immunantworten, wobei diese Fähigkeiten von ihrem jeweiligen Reifungsstadium abhängig sind. In der vorliegenden Arbeit wurden Dendritische Zellen aus Milzen von Mäusen verschiedener Linien mit¬tels Dichtegradientenzentrifugation unter Verwendung von OptiPrep (Iodixanol) isoliert und phänotypisch sowie funktionell charakterisiert. Die gewonnenen Zellsuspensionen bestanden durchschnittlich zu 41 Prozent aus residenten konventionellen Dendritischen Zellen. Die isolierten Dendritischen Zellen waren unabhängig von der untersuchten Mauslinie bis zu 26 Prozent CD8α-positiv und bis zu 81 Prozent CD8α-negativ. Dendritische Zellen wiesen unmittelbar nach der Zellgewinnung einen unreifen Phänotyp auf mit starker Expression von MHC-Klasse-II, aber schwacher bis fehlender Expression der kostimulato¬rischen Moleküle CD80, CD86 und CD40. Eine 24- bzw. 48-stündige Kulti¬vierung in vitro führte zur Reifung der Dendritischen Zellen mit Zunahme der Expression von MHC-Klasse-II, CD80, CD86 und CD40 um den Faktor 2 bis 4. Diese Zellen wiesen zudem immunstimulatorische Eigenschaften in der gemischten (allogenen) Leukozytenkultur auf. Dendritische Zellen der Mauslinie NMRInude exprimierten nach der In-vitro-Kultur ebenfalls zahlreiche Ober¬flächenmarker, darunter die Reifungsmarker. Die Stärke der Expression war jedoch um bis zu 50 Prozent schwächer als bei Dendritischen Zellen der anderen Mauslinien. Dieser Befund weist auf potentielle Unterschiede zwischen Dendritischen Zellen der thymuslosen Mauslinie NMRInude und Dendritischen Zellen von Wildtyp-Mäusen hin. Es wurde gezeigt, dass OptiPrep zur Isolierung Dendritischer Zellen aus Mäusemilzen bei geringem Arbeitsaufwand und niedrigen Kosten verwendet werden kann. Die isolierten Dendritischen Zellen weisen die zu erwartenden phänotypischen und funktionellen Eigenschaften auf und scheinen somit für den Einsatz in weiterführenden Experimenten geeignet. / Dendritic cells represent a group of morphologically, phenotypically and functionally unique leukocytes that play a pivotal role in regulating the immune system. By far the most effective antigen-presenting cells, their function consists of both triggering and inhibiting specific immune responses, whereby the actual effect depends on the maturation state of the dendritic cells. In the present study, dendritic cells were isolated from spleens of different mouse lines by density gradient centrifugation using OptiPrep (iodixanol) and subsequently characterised phenotypically and functionally. The yielded cell suspensions consisted of 41 per cent resident conventional dendritic cells on average. Irrespective of the mouse line tested, up to 26 per cent of the isolated dendritic cells were CD8α-positive and up to 81 per cent were CD8α-negative. Freshly isolated dendritic cells displayed an immature phenotype with high expression of MHC class II, but low or no expression of the costimulatory molecules CD80, CD86 and CD40. Culturing dendritic cells in vitro for 24 or 48 hours, respectively, caused their maturation as determined by a 2- to 4-fold increase in the expression of MHC class II, CD80, CD86 and CD40. Additionally, these cells displayed immunostimulatory properties in the (allogeneic) mixed leukocyte culture. In vitro-cultured dendritic cells from mouse line NMRInude also expressed several surface markers, the maturation markers among them. However, the expression levels of these markers were up to 50 per cent lower than in dendritic cells from the other mouse lines investigated. This finding suggests potential differences between dendritic cells from the athymic mouse line NMRInude and dendritic cells from wild-type mice. The present study shows that the isolation of dendritic cells from murine spleens with OptiPrep requires little effort and minimal costs. The isolated dendritic cells exhibited the expected phenotypic and functional properties and, therefore, seem suitable for further experimental usage.

Universiẗat, Diss., 2006--Giessen.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2006

Ulm, Univ. Diss., 2006.

Regensburg, Univ., Diss., 2009.