O tráfego de leucócitos é um processo complexo, dependente da ação de inúmeras substâncias químicas, além da perfeita interação celular. Desta forma, este estudo teve como objetivo avaliar a ação dos GCe e da ANXA1 sobre o eixo SDF-1α/CXCR4 e IL-17/IL-23/G-CSF e sobre a expressão de moléculas de adesão CD18, CD49d e CD62L. Foram utilizados camundongos machos Balb/C selvagens (WT) ou ANXA1-/-. As avaliações foram realizadas em condições basais, na presença de altas concentrações de GCe e na vigência de processo inflamatório, induzidos pela administração de ACTH (5 µg/animal, i.p.) ou pela injeção de LPS (100 µg/kg, i.p.), respectivamente, ou na ausência da ação dos GCe, pela ação do RU 38486 (RU, 10 mg/kg, i.p.). A participação da ANXA1 e do receptor FPR2 foi avaliada pelo pré-tratamento com Ac2-26 (1 mg/Kg, i.p.) ou com BOC2 (10 µg/animal, i.p.) durante 4 dias, 1 vez ao dia. A quantificação total e diferencial das células foi realizada em câmara de Neubauer e em esfregaços corados por May-Grunwald ou citometria de fluxo. As quantificações de CXCR2, CXCR4, FPR2, CD18, CD49d, CD62L e maturação granulocítica (CD11b/Ly6G) em células da medula e da circulação foram realizadas por citometria de fluxo. A expressão de ANXA1 nos tecidos do estomago e do baço foi realizada por western blotting e nas células da medula óssea e sangue circulante foi realizada por imunofluorescência. As quantificações de IL-17, IL-23, G-CSF, SDF-1α e corticosterona foram realizadas por ELISA. A quimiotaxia de neutrófilos da medula óssea e sangue periférico foi ensaiada na placa de quimiotaxia com filtro de poro de 8 µm. A fagocitose de neutrófilos apoptóticos por macrófagos da medula óssea foi avaliada por ensaio in vitro. Para verificar os efeitos do ACTH na migração de neutrófilos no processo inflamatório, foi empregado o modelo de bolsa de ar (100 µg/mL; LPS); e o comportamento dos leucócitos circulantes de animais tratados com ACTH foi avaliado pela técnica de microscopia intravital. Os resultados obtidos, que estão apresentados em quatro temáticas, mostraram que: 1) neutrófilos da medula óssea e sangue periférico expressam ANXA1 no citoplasma e membrana, bem como o receptor FPR2, constitutivamente, e a expressão de ambos é regulada pelos GCe. A ANXA1, via receptor FPR2 expresso em células da medula óssea, controlam a maturação neutrofílica e o tráfego destas células da medula óssea para o sangue. A ANXA1, via interação ao FPR2, controla o clearance de neutrófilos do sangue para a medula óssea, modulando o eixo SDF-1α/CXCR4; 2) A administração do ACTH causa neutrofilia e os neutrófilos circulantes são ANXA1+, CD18+, CD49d+, CD62L+, mostrando que injeção do ACTH in vivo altera o fenótipo destas células na circulação. Estas modificações alteram o comportamento dos neutrófilos na circulação, bem como a migração para a bolsa de ar na vigência de inflamação e para os tecidos de clearance. Estes efeitos podem ser dependentes, pelo menos em parte, da inibição de migração orientada, já que quimiotaxia frente ao fMLP ou ao SDF-1α estavam reduzidas. Ainda, o clearance de neutrófilos é reduzido em animais tratados com o ACTH pela menor atividade fagocítica e secretora dos macrófagos medulares; 3) Animais tratados com RU 38486 e ANXA1-/- mobilizam granulócitos da medula óssea para o sangue circulante e, deste compartimento para o foco de inflamação com maior intensidade que o observado em animais controles. O eixo IL-17/IL-23/G-CSF parece estar envolvido na granulopoiese e na mobilização de neutrófilos para o sangue durante a inflamação, mas não é alvo de ação da ANXA1 e o GCe nesta etapa do processo inflamatório. Adicionalmente, foi observado que na vigência de peritonite, as moléculas de adesão, CD49d e CD62L estão envolvidas no processo de migração de neutrófilos da medula óssea para o sangue. Os resultados aqui obtidos permitem concluir que os GCe e a ANXA1 são relevantes para granulopoiese e tráfego dos neutrófilos da medula óssea em condições fisiológicas e na vigência de processo inflamatório. Ainda, em conjunto com os dados da literatura, os nossos resultados podem sugerir a participação da ANXA1 dos GCe na plasticidade fenotípica dos neutrófilos de acordo com os estímulos a que são submetidos, e podem auxiliar na compreensão dos novos conceitos sobre a produção, tempo de vida, localização e funções de neutrófilos. / The traffic leukocytes is a complex process dependent on the action of severals chemical mediators, in addition to perfect cell interaction. Therefore, this study aimed to evaluate the effect of GCe and ANXA1 on SDF-1α/CXCR4 and IL-17/IL-23/G-CSF and on the expression of adhesion molecules CD18, CD49d and CD62L. Balb/C wild type and ANXA1-/- male mice were employed. The analysis were performed at physiological conditions, in the presence of high concentrations of GCe and during of inflammatory process induced by ACTH administration (5 µg/animal, i.p.) or LPS injection (100 µg/kg, i.p.), respectively or in the absence of GCe action, by the action of RU 38486 (RU, 10 mg/kg , i.p.). The involvement of the receptor FPR2 and ANXA1 was assessed by pre-treatment with Ac2-26 (1 mg/kg, i.p.) or BOC2 (10 µg/animal, i.p.) for 4 days, once a day. The quantification of total and differential cell was performed in a Neubauer chamber and stained smears by May-Grunwald and flow cytometry. Quantification of expression of CXCR2, CXCR4, FPR2, CD18, CD49d, CD62L and granulocytic maturation (CD11b/Ly6G) in the bone marrow and circulation were performed by flow cytometry. The expression of ANXA1 on tissues was performed by western blotting and on cells from bone marrow and blood by immunocytochemistry. Quantification of IL-17, IL-23, G-CSF, SDF-1α and corticosterone were performed by ELISA. The chemotaxis of neutrophils from the bone marrow and blood was tested in the chemotaxis chamber with filter pore of 8 microns. The phagocytosis of apoptotic neutrophils by bone marrow macrophages was assessed by in vitro assay. To investigate the effects of ACTH in the migration of neutrophils in the inflammatory process, the model employed was air pouch (100 µg/ ml, LPS), and the behavior of circulating leukocytes from animals treated with ACTH were evaluated by intravital microscopy. The results obtained, which are presented in three sections, showed that: 1) neutrophils from the bone marrow and blood expressed ANXA1 in the cytoplasm and membrane, as well as FPR2, constitutively and the expression of both is regulated by GCe. The ANXA1 via FPR2 receptor expressed in bone marrow cells, controls the neutrophilic maturation and traffic of these cells from the bone marrow into the blood. The ANXA1 via interaction to FPR2 controls the clearance of neutrophils from the blood to the bone marrow by modulating the SDF-1α/CXCR4 axis; 2) the administration of ACTH induces neutrophilia and the circulating neutrophils are ANXA1+, CD18+, CD49d+ and CD62L+, showing that the injection of ACTH in vivo alters the phenotype of these cells in the blood. These modifications alter the behavior of neutrophils in the blood, as well as the migration to the air pouch in the presence of inflammation and to the tissue clearance, and these effects may be dependent, at least in part, on inhibition of migration oriented events, as chemotaxis in response to fMLP or SDF-1α were reduced. Further, the clearance of neutrophils is reduced in animals treated with ACTH due to the lower phagocytic and secretory activity of medullary macrophages; 3) Animals treated with RU 38486 and ANXA1-/- mobilize granulocytes from bone marrow into the blood, and from this compartment to the focus of inflammation with higher intensity than that observed in the control group. The axis IL-17/IL-23/G-CSF seems to be involved in granulopoiesis and mobilization of neutrophils into the blood during inflammation, but it is not the target of action of ANXA1 and GCe at this step of inflammatory process. Additionally, it was observed that in the presence of peritonitis, the adhesion molecules, CD49d and CD62L are involved in the migration of neutrophils from the bone marrow into the blood. The results obtained allow concluding that the GCe and ANXA1 are relevant to the granulopoiesis and the traffic of neutrophils from bone marrow under physiological conditions and in the presence of inflammation. Furthermore, together with literature data, the data presented here may suggest the involvement of ANXA1 the GCe in phenotypic plasticity of neutrophils according to the stimuli that are submitted, and may support to understand the new concepts of production, half-life, location and function of neutrophils.

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No. of bitstreams: 1 sandrabertelliribeirodecastro.pdf: 21642592 bytes, checksum: ba2c7d8539f06b1e9a8e8f3ca1c34c08 (MD5) Previous issue date: 2011-12-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A Esclerose Múltipla (EM) caracteriza-se por ser uma doença inflamatória crônica desmielinizante do Sistema Nervoso Central (SNC), que afeta aproximadamente um milhão de pessoas em todo o mundo. Entre os agentes terapêuticos aprovados atualmente para o tratamento da EM podemos citar o interferon beta (IFN-β) e o acetato de glatirâmer, entretanto, estes agentes não promovem a cura da doença ou a recuperação total dos pacientes que estão em fase avançada. Diversos estudos demonstram a propriedade que os hormônios sexuais, como o estradiol e progesterona possuem em diminuir a gravidade da Encefalomielite Autoimune Experimental (EAE). Estruturalmente, as isoflavonas compartilham muitas similaridades com os estrógenos endógenos. Estudos realizados com genisteína mostram os efeitos benéficos deste isoflavonóide na EAE. Entretanto, alguns fatores limitam sua aplicação clínica, como por exemplo, sua rápida excreção e declínio dos níveis séricos, sendo que estas características podem estar relacionadas à sua estrutura química. Dentro deste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de sete derivados lipofílicos da genisteína na modulação da resposta in vitro de macrófagos murinos J774.A1 ativados com lipopolissacarídeo e IFN-g, e verificar a atuação de um análogo selecionado na etapa in vitro na modulação da resposta imune in vivo no modelo de EAE. Na etapa in vitro foi avaliada a citotoxicidade dos compostos, no sobrenadante da cultura foram dosados óxido nítrico, IL-12 e TNF-α. Na etapa in vivo foi investigado o uso do derivado da genisteína 3 (7-Otetradecanoil-genisteína – TDG) na evolução da EAE induzida em camundongos C57Bl/6 através da aplicação do MOG35–55. No 14° dia após a indução com o MOG, os camundongos foram tratados com TDG por sete dias. No 21° dia após a indução, as porcentagens de células mononucleares isoladas de cérebro expressando marcadores de superfície (CD4+, CD3+ e CTLA-4) e produzindo citocinas IL- 17+CD4+, IL-10+CD4+ ou fator de transcrição Foxp3+CD4+ foram determinadas por citometria de fluxo. A concentração de IL-6, IFN-γ e IL-10 em macerado de cérebro e medula foram determinadas por ELISA. As análises histológicas de cérebro e medulas foram realizadas por coloração de Hematoxilina e Eosina. Os resultados apresentados indicam que a modificação estrutural da genisteína originou derivados não citotóxicos, com elevada capacidade de inibir a concentração de IL-12. Entretanto, estes derivados da genisteína não foram capazes de inibir TNF-α. A produção de NO foi significativamente inibida pelos derivados monoésteres (2,3) e monoéter (6,7) de maneira dose-dependente. Os dados obtidos in vivo indicam que o tratamento com o TDG melhora os sinais clínicos da EAE e isto pode ser correlacionado com uma redução na porcentagem de células produzindo IL-17 e um aumento de células Foxp3+CD4+ no cérebro. Além disso, o tratamento com o TDG aumentou a liberação de IL-10 e a expressão de CTLA-4 além de reduzir a liberação de IFN-γ e IL-6. Desta forma, os dados sugerem um papel imunomodulatório do TDG na EAE e possivelmente na EM / Multiple Sclerosis (MS) is a severe and disabling chronic autoimmune inflammatory demyelinating disease of the central nervous system (CNS), that affect around one million people at entire world. Among the therapeutic agents currently approved for the treatment of MS can be cited the interferon beta (IFN-β) and the glatiramer acetate, however, these agents do not promote the cure or full recovery of patients in advanced stages. Several studies showed that hormones, such as estradiol and progesterone, could reduce the severity of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). The isoflavones share many structural similarities with endogenous estrogens. Studies with genistein showed the beneficial effects of isoflavones in EAE. However, the chemical structure of genistein has characteristics that limit its clinical application, such as rapid excretion and decreased serum levels. This study aimed evaluate the effect of seven lipophilic derivatives of genistein in the modulation of in vitro response of murine J774A.1 macrophages activated with lipopolysaccharide and IFN-g, and verify the performance of one in vitro selected analogue on modulating in vivo the immune response in EAE. The lipophilic derivatives were evaluated in LPS+IFN-g-activated J774A.1 macrophage cultures to their effects on cytotoxicity and nitric oxide, IL-12 and TNF-α production. The effects of the selected genistein derivative 3 (7-O-genistein-tetradecanoil - TDG) on the development of EAE induced in C57BL/6 mice immunized with MOG35-55 were performed. At 14th day after induction, mice were treated with TDG for seven days. At 21st day the percentage of mononuclear cells isolated from brains expressing CD4+, CD3+, CTLA-4+ and Foxp3+ and producing IL-17+ and IL-10+ were determined by flow cytometry. The concentration of IL-6, IFN-g and IL-10 in brain and spinal cord were determined by ELISA. Histological analysis of brain and spinal cord were performed by hematoxylin and eosin staining. The results showed that the modification of genistein enables the generation of non-cytotoxic compounds with increased IL-12 inhibition, despite of failed TNF-α inhibition. The NO production was inhibited by the monoester (2,3) and monoether (6,7) compounds in a dose-dependent manner. The in vivo data indicated that treatment with TDG improved the clinical signs of EAE which can be correlated with a reduction in the percentage of cells producing IL-17 and the increment of Foxp3+CD4+ cell population at brain. Furthermore, treatment with TDG increased the release of IL-10 and expression of CTLA-4 and reduced the release of IFN-g and IL-6. Altogether, the data suggest an immunomodulatory role of the TDG in EAE and possibly MS.

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires des moisissures qui peuvent naturellement contaminer de nombreux supports (céréales, fruits, papiers peints, compost). Dans ces travaux de thèse, nous avons focalisé notre intérêt sur deux mycotoxines produites principalement par les champignons du genre Fusarium, appartenant toutes deux au même groupe des trichothécènes, le déoxynivalénol (DON) et la toxine T-2 (T-2). Les objectifs de cette thèse ont été de déterminer les effets de ces deux toxines sur la mise en place des réponses immunitaires au sein de la muqueuse respiratoire et intestinale. L’ensemble de ces études a été réalisé chez le porc, espèce cible de ces contaminants et animal modèle pour l’Homme. Les résultats de ces travaux ont montré que ces deux toxines affectent la réponse immunitaire. Au niveau du tractus respiratoire, une faible dose de toxine T-2 altère l’activation des macrophages alvéolaires lorsqu’ils sont stimulés par les agonistes des TLRs -4, -2/6 (lipopolysaccharides et acides lipoteichoïques, respectivement) en diminuant la synthèse du composé antimicrobien NO et des cytokines pro-inflammatoires IL-1β et TNF-α. Cette immunosuppression pourrait alors conduire à une susceptibilité plus accrue des porcs à des infections opportunistes. Au niveau du tractus intestinal, à l’état basal, nous avons mis en évidence que le DON comme la toxine T-2 induit une forte réponse inflammatoire innée associée à la stimulation de la voie IL-17 en inhibant le développement des cellules T régulatrices. Des études mécanistiques ont permis de déterminer que les cytokines associées à la voie IL-17 suite à une exposition aux trichothécènes, sont produites par une des sous-populations de cellules T innées, les cellules Tγδ productrices d’IL-17. La troisième partie de ce travail a porté sur l’utilisation de la souche Lactobacillus sobrius DSM 16698T dans le but de lutter contre les effets immunomodulateurs générés lors d’une exposition aux trichothécènes. Les résultats de ce travail ont montré que cette souche bactérienne est capable de réduire les effets inflammatoires IL-17 et de rétablir les paramètres impliqués dans les fonctions de la barrière intestinale, suite à une exposition ex vivo et in vivo au DON. En revanche, cette souche a peu d’effet contre la toxine T-2. L’ensemble de ce travail de thèse suggère donc qu’une exposition à de faibles doses de trichothécènes pourrait accroître la susceptibilité des animaux aux perturbations de nature infectieuse ou inflammatoire. / Mycotoxins are fungi secondary metabolites that can contaminate a lot of environments worldwild such as cereals, fruits, wallpapers, and compost heaps. Throughout this phD work, we focused on two mycotoxins mainly produced by Fusarium species, both belonging to the trichothecenes group: the deoxynivalenol (DON) and the T-2 toxin (T-2). The aims of this study were to determine the effects of these two toxins on the immune response implementation in respiratory and intestinal mucosa. Studies were performed on swine being a target species of these contaminants and a model species for Humans. The results of these works proved that these two mycotoxins can affect the immune response. In the respiratory tract, a low dose of T-2 toxin alters the activation of the alveolar macrophages when they are stimulated by the agonists of TLRs -4 and -2/6 (lipopolysaccharides and lipoteichoic acids, respectively). This alteration is due to the decrease of the synthesis of the anti-microbial compound NO and the pro-inflammatory cytokines such as IL-1β and TNF-α. This immunosuppression can induce the emergence of opportunist infections in pig. In the intestinal tract, in background level, we demonstrated that DON as well as T-2 toxin induces a strong inflammatory immune response associated with stimulation of IL-17 pathway by inhibiting of the development of regulatory T cells. Mechanistic studies were used to determine the production origin of the cytokin associated to the IL-17 pathway. This cytokine is produced by one of the subpopulations of Tregs, the Tγδ cells IL-17 producing when exposed to trichothecenes. The third part of this work was about the use of Lactobacillus sobrius DSM 16698T strain to counteract the immunomodulatory effects induced after trichothecen exposure. The results of this study showed that this bacterial strain is able to reduce IL-17 inflammatory effect and is also able to re-etablish the parameters involved in the intestinal barrier functions in ex vivo and in vivo response to DON. Nevertheless, this strain is less effective against the T-2 toxin. Taken together, results of this phD suggest that an exposure to low doses of trichothecens could be intensify the susceptibility of animal to infectious or inflammatory disease.

La mucoviscidose est une pathologie pulmonaire causée par un dysfonctionnement du canal CFTR et caractérisée par un mucus visqueux, une susceptibilité accrue aux infections chroniques et une inflammation excessive. Une première partie de ma thèse a eu pour objectif d’étudier les mécanismes inflammatoires impliqués dans le développement de la pathologie. Nous avons plus particulièrement analysé le rôle de l’IL-1β et de l’IL-17 dans la réponse à l’infection par Pseudomonas aeruginosa, dans le modèle murin ΔF508 de mucoviscidose. La seconde partie de ma thèse a porté sur l’étude de la malaria pulmonaire et cérébrale, une complication létale de l’infection à P. falciparum. Nous avons mis en évidence l’importance de trois voies d’activation des lymphocytes T CD8+ cytotoxiques dans le développement de la neuropathologie induite par Plasmodium berghei ANKA chez la souris : la protéine PKC-θ, la sous-unité β2 du récepteur à l’IL-12 et le récepteur des IFN de type I, mais qui ne semblent pas impliquées dans l’inflammation pulmonaire associée. / Cystic fibrosis is a pulmonary pathology, caused by the CFTR channel dysfunction, and characterized by high mucus viscosity, increased sensitivity to chronic infections and excessive inflammation. The aim of my thesis was first to study the inflammatory mechanisms involved in this lung pathology. Indeed, we analyzed the role of IL-1β and IL-17 in response to Pseudomonas aeruginosa infection, in the ΔF508 mouse model of cystic fibrosis. In the second part of my thesis, I studied pulmonary and cerebral malaria, a lethal complication of P. falciparum infection. We showed the importance of three pathways implicated in cytotoxic CD8+ T lymphocytes activation during the Plasmodium berghei ANKA-induced neuropathology development in mice: PKC-θ protein, β2 subunit of IL-12 receptor and type I IFN receptor, which did not seem essential for the associated lung inflammation.

Die Nierentransplantation ermöglicht Patienten die Wiederherstellung der Nierenfunktion. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit an Organen nimmt dabei die Zahl der Transplantationen von einem lebenden Spender stetig zu. Zudem ermöglichen die präzisen und genauen Vorbereitungen und Abläufe bei Lebendnierenspenden eine bessere 5-Jahres-Überlebensrate als bei Kadaverspenden. Die genetische Verschiedenheit zwischen Spender und Empfänger bedingt jedoch eine lebenslange immunsuppressive Therapie, um Abstoßungsreaktionen und damit das Scheitern einer Organtransplantation zu verhindern. An den Universitätskliniken Leipzig und Halle/Saale besteht diese Therapie aus einer Dreifachkombination von Tacrolimus, Mycophenolat-Mofetil und Prednisolon, wobei mögliche Nebenwirkungen wie opportunistische Infektionen, kardiovaskuläre und metabolische Erkrankungen sowie Tumore in Kauf genommen werden. Zudem besteht für den immunsupprimmierten Organismus die ständige Gefahr einer Abstoßungsreaktion. Diese Aspekte führen bei den Empfängern zu einer massiven Einschränkung der Gesundheit und Lebensqualität. Inwieweit die ausgeprägte Immunsuppression notwendig ist, bleibt unklar und muss individuell festgelegt werden. Bisher existiert kein geeignetes Verfahren für ein Immunmonitoring, weshalb in vielen Fällen eine umfangreiche und überdosierte Immunsuppression in Kauf genommen wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein geeignetes Testverfahren, der Elispot-Assay, für die Expression der beiden proinflammatorischen Zytokine IFN-γ und IL-17 erstellt. Dafür wurden die PBMC der Spender und Empfänger aus Vollblut separiert, um sie anschließend sowohl separat als auch in einer Lymphozytenmischreaktion zu untersuchen. Die Darstellung von IL-17 konnte nur aufgrund einer zusätzlichen Stimulation mit OKT3 gelingen, während der IFN-γ-Elispot sowohl im Leerwert als auch unter Stimulation mit IL-2 zu ausreichenden Spotanzahlen führte. Die Spotanzahlen der Spender-PBMC wurden mit Hilfe von γ-Strahlung signifikant reduziert (IFN-γ: p=0,047 | IFN-γ + IL-2: p=0,007 | IL-17: p = 0,001), um in den Lymphozytenmischreaktionen die alleinige Zytokinausschüttung der Empfänger-PBMC messen zu können. Die Spender- PBMC fungierten dabei nur als Antigene. Insgesamt konnten zwischen 2009 und 2012 zwölf von siebzehn Patientenpaaren in die Studie eingeschlossen werden. Die Spotanzahlen der Paare wurden dabei sowohl im IFN-γ- als auch im IL-17-Elispot-Assay zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen (vor Transplantation | 21±3 d postoperativ | 28±3 d postoperativ | 75±15 d postoperativ). In den meisten Fällen zeigte sich vor Transplantation eine erhöhte Spotanzahl im Vergleich zu den drei postoperativen Werten. Zudem stiegen die Spotanzahlen sowohl für IFN-γ als auch für IL-17 nach niedrigen Messergebnissen kurz nach der Transplantation im postoperativen Verlauf wieder an und erreichten in einigen Fällen die Spotanzahl der präoperativen Ausgangswerte. Ein signifikanter Unterschied konnte aufgrund der geringen Fallzahl nicht erreicht werden. Die kurzfristige Reduktion der Spotanzahlen postoperativ ist dabei aller Wahrscheinlichkeit nach auf die hohen Dosen an immunsuppressiven Medikamenten zurückzuführen. Insgesamt zeigten die Verläufe der IFN-γ- und der IL-17- Elispot-Assays ähnliche Verläufe. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass der IL-17-Elispot- Assay in Bezug auf mögliche Abstoßungsreaktionen eine ähnliche Aussagekraft besitzen könnte wie der bereits vielfach untersuchte IFN-γ-Elispot-Assay. Weiterhin wurden die Messergebnisse mit der Serumkreatininmolarität verglichen. Diese zeigte präoperativ höhere Molaritäten als postoperativ, wobei die postoperativen Molaritäten im Verlauf, im Gegensatz zu den Elispot-Messungen, abnahmen, was das Einsetzen der Nierenfunktion widerspiegelt. Unter den zwölf Patientenpaaren gab es keine einzige nachgewiesene akute Abstoßungsreaktion, der Verlauf der Serumkreatininmolaritäten war bei allen zwölf Empfängern vergleichbar. Demzufolge konnten die Werte der Elispot-Assays nicht herangezogen werden, um an ihnen eine Abstoßungsreaktion der transplantierten Nieren erkennen zu können. Das präoperative Abschätzen einer möglichen Abstoßungsreaktion anhand der Elispot-Assays konnte aufgrund fehlender Abstoßungsreaktionen ebenfalls nicht untersucht werden. Zusätzlich wurde bei den Patienten eine HLA-Typisierung vorgenommen, wobei der Bereich von optimalen bis maximal ungünstigen Konstellationen reichten (HLA-Mismatch: 0-0-0 bis 2-2-2). Auch hier konnten die Ergebnisse nicht mit möglichen Abstoßungsreaktionen verglichen werden. In der vorliegenden Arbeit wurden zahlreiche Varianten untersucht, die das Abschätzen einer Immunreaktion nach Nierentransplantation (Immunmonitoring) ermöglichen könnten. Aufgrund fehlender Abstoßungsreaktionen bei den Empfängern konnte das Testverfahren nicht an den klinischen Verläufen validiert werden. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Messverfahren kann jedoch eine neue und größer angelegte Studie erfolgen, die in Zukunft ein Immunmonitoring bei Patienten nach Nierentransplantation ermöglicht.:I Inhaltsverzeichnis................................................................I II Bibliographische Beschreibung....................................................................IV III Abkürzungsverzeichnis...................................................................................V 1 Einleitung...........................................................................................................01 1.1 Die T-Zell-vermittelte Immunität..................................................................01 1.1.1 Die verschiedenen Klassen der T-Lymphozyten................................ 01 1.1.2 Interferon-gamma als proinflammatorisches Zytokin......................... 04 1.1.3 Interleukin-17............................................................................................. 04 1.2 Die Nierentransplantation........................................................................... 05 1.2.1 Einführung.................................................................................................. 05 1.2.2 Besonderheiten der Lebendnierenspenden........................................ 06 1.3 Therapeutika bei Lebendnierenspenden................................................. 07 1.3.1 Calcineurininhibitoren............................................................................... 07 1.3.2 Prednisolon.................................................................................................. 08 1.3.3 Mycophenolat-Mofetil................................................................................. 09 1.4 Komplikationen bei Transplantationen....................................................... 10 1.4.1 Opportunistische Infektionen..................................................................... 10 1.4.2 Kardiovaskuläre und metabolische Erkrankungen................................ 11 1.4.3 Maligne Tumore.............................................................................................11 1.5 Transplantatrejektion........................................................................................ 12 1.5.1 Akute Abstoßungsreaktion............................................................................12 1.5.2 Chronische Transplantatnephropathie......................................................13 1.6 Zielsetzung der Arbeit.......................................................................................15 I2 Materialien und Methoden................................................................................. 16 2.1 Studiendesign.................................................................................................... 16 2.2 Materialien.......................................................................................................... 17 2.3 Methoden............................................................................................................ 19 2.3.1 Blutentnahmen................................................................................................ 19 2.3.2 Lymphozytenseparation.................................................................................19 2.3.3 Bestimmung der Zellzahl............................................................................... 20 2.3.4 Kryokonservierung der Zellen...................................................................... 20 2.3.5 Auftauen von kryokonservierten Zellen...................................................... 20 2.3.6 Bestrahlung von Zellen...................................................................................21 2.3.7 Stimulanzien.................................................................................................... 21 2.3.8 Durchflusszytometrie...................................................................................... 22 2.3.9 Elispot-Assay.................................................................................................... 23 3 Ergebnisse............................................................................................................... 29 3.1 Charakteristika der Patienten............................................................................ 29 3.2 Medikamentöse Therapieschemata nach Nierentransplantationen.......... 32 3.3 Versuche zur Etablierung des Elispot-Verfahrens......................................... 33 3.3.1 Vorversuche zum Nachweis von IFN-γ........................................................ 34 3.3.2 Vorversuche zum Nachweis von IL-17........................................................ 36 3.3.3 Versuche mit FKS-freiem Medium.................................................................37 3.3.4 Vitalitätsmessung in der Durchflusszytometrie.......................................... 38 3.4 Vergleich von Buffy Coats mit Patientenproben im Elispot-Assay..............38 3.5 Elispot-Assays der Spender-Empfänger-Paare............................................ 39 3.5.1 Ergebnisse der Elispot-Assays zum Nachweis von IFN-γ........................40 3.5.2 Ergebnisse der Elispot-Assays zum Nachweis von IL-17....................... 45 II3.6 Elispot-Ergebnisse unter Berücksichtigung der HLA-Kompatibilität........49 4 Diskussion............................................................................................................... 50 4.1 Bewertung der Methoden.................................................................................. 51 4.1.1 Patientenauswahl und -akquirierung........................................................... 51 4.1.2 Durchflusszytometrie....................................................................................... 51 4.1.3 Elispot-Assay..................................................................................................... 52 4.2 Vitalitätsmessung................................................................................................. 53 4.3 Elispot-Ergebnisse............................................................................................... 53 4.3.1 Vergleich der unbestrahlten und bestrahlten Elispot-Assays................... 53 4.3.2 Elispot-Assays der Patienten.......................................................................... 54 4.3.2.1 IFN-γ-Elispot-Assay........................................................................................ 54 4.3.2.2 IL-17-Elispot-Assay.........................................................................................56 4.3.2.3 IFN-γ-Elispot-Assay und IL-17-Elispot-Assay im Vergleich.................... 57 4.4 HLA-Merkmale und Serumkreatininmolarität...................................................58 4.5 Schlussfolgerung und Ausblick...........................................................................59 5 Zusammenfassung...................................................................................................62 6 Abstract...................................................................................................................... 65 7 Literaturverzeichnis................................................................................................. 67 8 Tabellenverzeichnis.................................................................................................83 9 Abbildungsverzeichnis........................................................................................... 84 10 Erklärung über die eigenständige Verfassung der Arbeit............................. 85 11 Lebenslauf..............................................................................................................86 12 Danksagung.......................................................................................................... 87 / Introduction Since the first kidney transplantation in the 1950ies, kidney transplantation is still being challenged by graft dysfunction and complete graft failure. Permanent immunsuppressive treatment is mandatory to avoid an unfavourable outcome. The treatment with Prednisolone, Tacrolimus and Mycophenolat-Mofetil may cause toxic side effects resulting in Diabetes mellitus, hypertension, infections and cancer. In the present study we tried to demonstrate that the amount of spots in the Enzyme linked immunospot assay (Elispot-Assay) of IFN-γ and IL-17 correlates with the probability of graft dysfuction and complete graft failure. We also compared the results to clinical parameters. Methods Between the years 2009 and 2012, twelve pairs of related living kidney transplantations were included in this study. From each pair blood samples were taken at four time points (before transplantation, and at 21±3, 28±3 and 75±15 days after kidney transplantation, respectively). After establishing the technique of IFN-γ- and IL-17-Elispot-Assays, we separated the periphale blood mononuclear cells (PBMC) and performed follow up examinations at the four time points mentioned above. The PBMC of each donor and each recipient were examined separatly, and in addition together in a lymphocyte mixed reaction. We stimulated the PBMC of the IFN-γ-Elispot with Interleukin-2 (IL-2) and the PBMC of the IL-17-Elispot with OKT3 to get significant characteristics. PBMC of the donors were irradiated with 30 Gy before mixing them with the PBMC of the recipients. We also took the HLA-matches and serum creatinine molarity to compare important clinical parameters with the results of the Elispot-Assays. Results Sufficient spots were measured using the unstimulated and stimulated IFN-γ-Elispot and the stimulated IL-17-Elispot. Radiation was significant at all three tests (IFN-γ: p=0,047 | IFN-γ + IL-2: p=0,007 | IL-17: p = 0,001). All twelve recipients showed a high number of spots before transplantation in both types of Elispot-Assays and most of them an increasing number of spots after a minimal turning point three weeks after transplantation. Due to the small number of cases, no significant results could be obtained at follow up. Non recipient developed a graft rejection as proven by biopsy or graft failure. The molarity of serum creatinine was permanently reduced whereas it was high before transplantation. Because of the abscence of any rejection episodes, HLA matches could not be compared. Discussion Due to the absence of rejection episodes or graft failure, no prediction for rejection by the IFN-γ- and IL-17-Elispot was possible. The low number of cases of living related kidney transplantation demonstrated the challange of the investigation of living related kidney transplantation. Although we could prove a significant effect of the irradiation of PBMC, there was no significant result in the follow up investigations. A higher number of cases are needed in future investigations. The established method of the IFN-γ- and IL-17-Elispot can be used in a future study with an extended number of cases and a longer follow up of time.:I Inhaltsverzeichnis................................................................I II Bibliographische Beschreibung....................................................................IV III Abkürzungsverzeichnis...................................................................................V 1 Einleitung...........................................................................................................01 1.1 Die T-Zell-vermittelte Immunität..................................................................01 1.1.1 Die verschiedenen Klassen der T-Lymphozyten................................ 01 1.1.2 Interferon-gamma als proinflammatorisches Zytokin......................... 04 1.1.3 Interleukin-17............................................................................................. 04 1.2 Die Nierentransplantation........................................................................... 05 1.2.1 Einführung.................................................................................................. 05 1.2.2 Besonderheiten der Lebendnierenspenden........................................ 06 1.3 Therapeutika bei Lebendnierenspenden................................................. 07 1.3.1 Calcineurininhibitoren............................................................................... 07 1.3.2 Prednisolon.................................................................................................. 08 1.3.3 Mycophenolat-Mofetil................................................................................. 09 1.4 Komplikationen bei Transplantationen....................................................... 10 1.4.1 Opportunistische Infektionen..................................................................... 10 1.4.2 Kardiovaskuläre und metabolische Erkrankungen................................ 11 1.4.3 Maligne Tumore.............................................................................................11 1.5 Transplantatrejektion........................................................................................ 12 1.5.1 Akute Abstoßungsreaktion............................................................................12 1.5.2 Chronische Transplantatnephropathie......................................................13 1.6 Zielsetzung der Arbeit.......................................................................................15 I2 Materialien und Methoden................................................................................. 16 2.1 Studiendesign.................................................................................................... 16 2.2 Materialien.......................................................................................................... 17 2.3 Methoden............................................................................................................ 19 2.3.1 Blutentnahmen................................................................................................ 19 2.3.2 Lymphozytenseparation.................................................................................19 2.3.3 Bestimmung der Zellzahl............................................................................... 20 2.3.4 Kryokonservierung der Zellen...................................................................... 20 2.3.5 Auftauen von kryokonservierten Zellen...................................................... 20 2.3.6 Bestrahlung von Zellen...................................................................................21 2.3.7 Stimulanzien.................................................................................................... 21 2.3.8 Durchflusszytometrie...................................................................................... 22 2.3.9 Elispot-Assay.................................................................................................... 23 3 Ergebnisse............................................................................................................... 29 3.1 Charakteristika der Patienten............................................................................ 29 3.2 Medikamentöse Therapieschemata nach Nierentransplantationen.......... 32 3.3 Versuche zur Etablierung des Elispot-Verfahrens......................................... 33 3.3.1 Vorversuche zum Nachweis von IFN-γ........................................................ 34 3.3.2 Vorversuche zum Nachweis von IL-17........................................................ 36 3.3.3 Versuche mit FKS-freiem Medium.................................................................37 3.3.4 Vitalitätsmessung in der Durchflusszytometrie.......................................... 38 3.4 Vergleich von Buffy Coats mit Patientenproben im Elispot-Assay..............38 3.5 Elispot-Assays der Spender-Empfänger-Paare............................................ 39 3.5.1 Ergebnisse der Elispot-Assays zum Nachweis von IFN-γ........................40 3.5.2 Ergebnisse der Elispot-Assays zum Nachweis von IL-17....................... 45 II3.6 Elispot-Ergebnisse unter Berücksichtigung der HLA-Kompatibilität........49 4 Diskussion............................................................................................................... 50 4.1 Bewertung der Methoden.................................................................................. 51 4.1.1 Patientenauswahl und -akquirierung........................................................... 51 4.1.2 Durchflusszytometrie....................................................................................... 51 4.1.3 Elispot-Assay..................................................................................................... 52 4.2 Vitalitätsmessung................................................................................................. 53 4.3 Elispot-Ergebnisse............................................................................................... 53 4.3.1 Vergleich der unbestrahlten und bestrahlten Elispot-Assays................... 53 4.3.2 Elispot-Assays der Patienten.......................................................................... 54 4.3.2.1 IFN-γ-Elispot-Assay........................................................................................ 54 4.3.2.2 IL-17-Elispot-Assay.........................................................................................56 4.3.2.3 IFN-γ-Elispot-Assay und IL-17-Elispot-Assay im Vergleich.................... 57 4.4 HLA-Merkmale und Serumkreatininmolarität...................................................58 4.5 Schlussfolgerung und Ausblick...........................................................................59 5 Zusammenfassung...................................................................................................62 6 Abstract...................................................................................................................... 65 7 Literaturverzeichnis................................................................................................. 67 8 Tabellenverzeichnis.................................................................................................83 9 Abbildungsverzeichnis........................................................................................... 84 10 Erklärung über die eigenständige Verfassung der Arbeit............................. 85 11 Lebenslauf..............................................................................................................86 12 Danksagung.......................................................................................................... 87

Le développement d'un cancer chez un individu immunocompétent témoigne del'inefficacité de ses défenses immunitaires naturelles à entraver la progression tumorale. Larestauration ou l'induction de réponses immunitaires anti-tumorales efficaces sont des enjeuxmajeurs des stratégies thérapeutiques actuelles. En plus des immunothérapies classiques,visant à activer le système immunitaire des patients contre leurs tumeurs, les thérapiesconventionnelles, telles que les chimiothérapies et la radiothérapie, peuvent avoir des effetsimmunostimulants, en parallèle de leur effet directement cytotoxique sur les cellulestumorales. Parmi celles-ci, les anthracyclines, l'oxaliplatine et la radiothérapie sontnotamment capables d'induire une mort cellulaire immunogène. L'efficacité thérapeutique deces traitements dépend de l'activation de lymphocytes T (LT) CD8 anti-tumoraux,producteurs d'interféron-gamma (IFN-γ). En utilisant des modèles murins de tumeurstransplantées, nous montrons que le traitement des cellules tumorales par des droguesimmunogènes induit la libération d'adénosine triphosphate (ATP) dans le milieu extracellulaire.Ce signal de danger endogène se lie à son récepteur P2RX7 sur les cellulesdendritiques et permet la formation de l'inflammasome NLRP3/ASC/pro-caspase 1,conduisant à l'activation protéolytique de la caspase 1, qui active la pro-interleukine-1β (pro-IL-1β) en interleukine-1β (IL-1β). L'IL-1β peut directement agir sur les LT CD8 pourfaciliter leur polarisation vers un phénotype de lymphocytes T cytotoxiques de type 1 (Tc1).De plus, le traitement de tumeurs établies par des drogues immunogènes induit uneproduction d'IL-17A (IL-17) dans le lit tumoral, au cours de la première semaine suivant letraitement. Les LT gamma delta (LTγδ) sont les principaux producteurs de cette cytokinedans nos modèles. Ces cellules s'accumulent transitoirement dans la tumeur dès le troisièmejour suivant le traitement et leur taux est parfaitement corrélé à celui des LT CD8 producteursd'IFN-γ tumoraux. Comme l'IFN-γ, l'IL-17 et les LTγδ sont nécessaires à l'efficacitéthérapeutique des drogues immunogènes. L'IL-1β produite par les cellules dendritiquesexposées à des corps apoptotiques immunogènes stimule directement la production d'IL-17par les LTγδ. Ces travaux ont contribué à identifier l'ATP extra-cellulaire comme undéterminant moléculaire de l'immunogénicité des cellules tumorales exposées à certainesthérapies anti-cancéreuses conventionnelles. De plus, nous montrons que les traitementscytotoxiques classiques peuvent moduler l'environnement immunitaire dans le lit tumoral, etcontribuer à remplacer une inflammation chronique et immunosuppressive en uneinflammation aigüe et immunogène. L'étude des interactions entre le système immunitaire etles thérapies anti-cancéreuses conventionnelles est nécessaire pour utiliser ces traitements demanière plus rationnelle, en les combinant par exemple à des immunothérapies plusclassiques.

Chez les mammifères, le développement du système immunitaire intestinal est initié in utero par un programme déterminé génétiquement. Cependant, le développement complet de ce système immunitaire et sa maturation finale n'ont lieu qu'après la naissance, sous l'influence des très nombreuses bactéries qui colonisent alors l'intestin et qui composent le microbiote intestinal. L'utilisation de modèles in vivo originaux de souris axéniques, sans germe, et gnotoxéniques, colonisées avec des bactéries individuelles ou des groupes de bactéries plus ou moins complexes, nous a permis d'identifier le rôle particulier de la bactérie segmentée filamenteuse (ou SFB) dans la maturation des réponses immunes intestinales adaptatives, IgA et lymphocytaires T. Sa capacité singulière à adhérer à l'épithélium des plaques de Peyer suggère un rôle important de ces formations lymphoïdes dans l'initiation des réponses immunes induites par la SFB. Nos résultats renforcent l'idée du rôle majeur des plaques de Peyer dans l'initiation des réponses IgA intestinales par le microbiote. De façon inattendue, en l'absence de ces structures, la SFB induit dans le chorion des souris, la néogenèse de structures lymphoïdes tertiaires capables d'initier des réponses IgA associées à une forte réponse IL-17 spécifique de la SFB. Ces résultats suggèrent que les puissantes propriétés immunostimulantes de la SFB sont soutenues par de multiples voies d'induction des réponses immunes qui pourraient être liées à son adhésion à la muqueuse intestinale

L'axe IL-12-IFN-γ joue un rôle important dans l'immunité anti-mycobactérienne. J'ai identifié et étudié une cohorte de 137 patients présentant un déficit autosomique récessif complet d'IL12RB1 qui code la sous-unité β1 des récepteurs de l'IL-12 et de l'IL-23. Ces patients sont issus de 101 familles provenant de 30 pays. Ils présentent une grande diversité génétique avec 52 allèles mutants différents. Le phénotype cellulaire avec un défaut complet de réponse à l'IL-12 est homogène chez tous les patients. Les phénotypes cliniques sont eux très hétérogènes allant de l'absence d'infection jusqu'au décès. Il s'agit en grande majorité d'infections mycobactériennes (BCG, mycobactéries environnementales et tuberculose) et/ou à salmonelles. La candidose est aussi retrouvée associée à ce défaut chez un grand nombre de patients. L'axe IL-23-IL-17 participe à la différentiation et à l'activation des lymphocytes T CD4+ dits de type Th17. les cytokines et les mécanismes contrôlant la différentiation de ces cellules sont peu connus. J'ai étudié le développement des lymphocytes producteurs d'IL-17 chez des patients porteurs de défauts génétiques affectant la voie du TGF-β (patients TGFBR1, TGFBR2 et TGFB1), de l'IL-1β (patients IRAK4 et MYD88), de l'IL-6 (patients STAT3) et de l'IL-23 (patients IL12B et IL12RB1). Pour cela, j'ai quantifié la production et la sécrétion d'IL-17 dans deux modèles expérimentaux ex vivo et in vitro. Les patients IL12B-/- et IL12RB1-/-, et de façon plus drastique les patients STAT3-/- présentent une diminution des lymphocytes producteurs d'IL-17, ce qui suggère l'importance de ces molécules dans la différentiation et l'expansion des cellules Th17 in vivo

Thy-1 is a glycosylphosphatidylinositol-anchored protein that is expressed on murine T lymphocytes and is involved in T cell-mediated immune responses. In the presence of costimulatory signals, monoclonal antibody (mAb)-induced signaling through Thy-1 is associated with hallmarks of T cell activation, including IL-2 production and T cell proliferation. Thy-1-induced signaling promotes cytotoxic effector molecule expression, but is unable to trigger delivery of the lethal hit to target cells, suggesting that Thy-1 provides an incomplete T cell receptor (TcR)-like signal. However, the effect of Thy-1 signaling on cytokine production and the development of T helper (Th) cell phenotypes (Th1, Th2, Th17) remains unclear. The purpose of this work was to further our understanding of Thy-1-mediated signal transduction and the role that Thy-1 plays in the development of effector T cell responses. I found that, in the context of costimulatory signals, anti-Thy-1 mAb induced significantly less IL-2 production, CD25 expression and T cell proliferation than anti-TcR? mAb. Several key signaling molecules, including protein tyrosine kinases, zeta chain-associated protein-70 and extracellular signal-regulated kinase were activated with delayed kinetics during Thy-1-mediated T cell activation. The delayed signaling kinetics resulted in the delayed acquisition of cytotoxic effector function and also delayed delivery of the lethal hit to target cells. Interestingly, Thy-1-mediated signaling induced significantly more IL-17 and IL-4 synthesis and less IFN-? synthesis in comparison to TcR-mediated signaling. Moreover, Thy-1-activated CD4+ T cells produced high levels of IL-17 and IL-4 but minimal IFN? when restimulated with anti-Thy-1 mAb or anti-TcR? mAb with or without costimulatory signals. The unique ability of Thy-1 signaling to induce IL-17 production correlated with the expression of the Th17 lineage-specific transcription factor, retinoic orphan receptor gamma t. These observations show that Thy-1 signaling differs from TcR signaling in its ability to induce Th cell cytokines. Taken together, my findings show that Thy-1 signaling can provide the full TcR-like signal required for both the differentiation and triggering of Th cells and cytotoxic T lymphocytes, albeit with delayed kinetics in comparison to TcR signaling. They also suggest that Thy-1 signaling may be important in the development of Th2 and Th17 responses.

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