Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2000. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains ix, 132 p. : ill. (some col.) Vita. Includes abstract. Includes bibliographical references.

Interleukin-10 ist ein Paradebeispiel eines immunhemmenden Zytokins. Es konnte nachgewiesen werden, dass eine Reihe von Tumoren Interleukin-10 produziert, um einer Antitumor-Immunantwort zu entgehen. Viele Studien haben sich mit dem Einfluss von Interleukin-10 auf die antigenpräsentierenden Fähigkeiten der Dendritischen Zellen beschäftigt. Es gibt eindeutige Hinweise, dass der Effekt von tumorproduziertem Interleukin-10 nicht nur in einer hemmenden Wirkung auf die Ausreifung Dendritischer Zellen besteht, sondern dass Interleukin-10 zu einer Reduktion der Anzahl an Dendritischen Zellen führen kann. Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Mechanismus für eine solche depletierende Wirkung auf die Dendritischen Zellen zu analysieren. Hierzu wurden die Effekte von Interleukin-10 auf die frühe Differenzierung von Dendritischen Zellen aus Monozyten untersucht. Die Zugabe von Interleukin-10 zu einem Differenzierungscocktail aus Interleukin-4 und Granulozyten/Makrophagen-Kolonie-stimulierendem-Faktor führt zu einer nachhaltigen Hemmung des Differenzierungsprozesses von Monozyten zu Dendritischen Zellen. Bereits 48h nach Beginn der Zellkultur konnte mit Hilfe von cDNA-Microarray-Analysen gezeigt werden, dass Interleukin-10 nicht nur einen Differenzierungs-hemmenden Effekt ausübt, sondern auch die Entstehung aberranter Zellphänotypen bewirkt. In weiteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass die Effekte des Interleukin-10 in der frühen Differenzierungsphase weitgehend irreversibel sind. Zusammenfassend können die Ergebnisse zur Erklärung beitragen, wie es bei Patienten mit Tumoren unter dem Einfluss von Interleukin-10 zu einer Reduktion der absoluten Zahl Dendritischer Zellen kommen kann.:1. Verzeichnis der Abkürzungen 5 2. Einleitung 7 Fragestellung 11 3. Material und Methoden 12 3.1 Verwendete Materialien 12 3.1.1 Reagenzien für Zellseparation und Zellkultur 12 3.1.2 Stimulatoren 12 3.1.3 Reagenzien für FACS-Analysen 12 3.1.4 Molekularbiologische Reagenzien und Puffer 13 3.1.4.1 RNA-Isolierung 13 3.1.4.2 RT-PCR 13 3.1.4.3 cDNA Microarrays 14 3.2 Zellen und Kulturbedingungen 15 3.2.1 Isolierung von Monozyten aus dem peripheren Blut 15 3.2.2 Ausreifung von Monozyten zu Dendritischen Zellen 16 3.3 Durchflusszytometrie 17 3.4 RNA Isolierung 18 3.4.1 Prinzip und Protokoll der RNA-Isolierung 18 3.4.2 Quantifizierung der RNA und Bestimmung der Reinheit 19 3.4.2.1 Photometrische Bestimmung der RNA-Konzentration 19 3.4.2.2 Agarosegelelektrophorese 20 3.4.2.3 RNA-Fällung 21 3.5 cDNA Expressions-Ansätze 22 3.5.1 mRNA-Amplifikation 22 3.5.2 Membranmarkierung 23 3.5.2.1 Prinzip des cDNA-Array 23 3.5.2.2 Probensynthese 24 3.5.2.3 Aufreinigung 25 3.5.2.4 Hybridisierung der Nylonmembran 25 3.5.2.5 Auswertung der Ergebnisse 27 3.6 Statistische Auswertung 27 4. Ergebnisse 28 4.1 Differenzierung von Monozyten zu unreifen Dendritischen Zellen unter dem Einfluss von IL-4 und GM-CSF 28 4.2 Ermittlung der wirksamen hemmenden Konzentration von IL-10 29 4.3 Einfluss von IL-10 während der Differenzierung von Monozyten zu unreifen Dendritischen Zellen 30 4.3.1 Oberflächenexpression nach 7 Tagen 30 4.3.2 Oberflächenexpression nach 2 Tagen 32 4.3.3 Oberflächenexpression nach 24 Stunden und 48 Stunden für die Chemokinrezeptoren CCR1 und CCR7 33 4.4 Ausreifung von unreifen Dendritischen Zellen zu reifen Dendritischen Zellen unter dem Einfluss von KLH, TNF-α und GM-CSF 36 4.5 Kann eine adäquate Ausreifung die hemmenden Effekte von IL-10 überwinden? 37 4.6 Einfluss von IL-10 während der Ausreifung Dendritischer Zellen 38 4.7 Genexpressionsmuster in der frühen Phase der Differenzierung Dendritischer Zellen 40 5. Diskussion 49 5.1 Hintergrund 49 5.2 Einfluss von IL-10 auf die Differenzierung von Monozyten zu unreifen Dendritischen Zellen 51 5.3 Einfluss von IL-10 während der Ausreifung Dendritischer Zellen 53 5.4 Genexpression 55 5.4.1 Übersicht 55 5.4.2 Regulation von CCR1 und CCR2 durch IL-10 56 5.4.3 Regulation von IL-1ß und IL-1R1 durch IL-10 58 5.4.4 Regulation von S100A8 und S100A9 durch IL-10 59 5.5 Biologische Bedeutung 61 6. Zusammenfassung 63 7. Literaturverzeichnis 67

published_or_final_version / Paediatrics and Adolescent Medicine / Doctoral / Doctor of Philosophy

Interleukin-l0 (IL-10) helps to limit the duration of potentially harmful inflammatory responses but has also been implicated in the persistence of a number of chronic viral infections. This thesis aimed to investigate the phenotype and function of mv -specific IL-l0-producing cells in chronic HIV-I infection, and the effect of IL-10 blockade on responses to candidate HIV -I vaccines. A cytokine capture assay was used to determine the HIV -specific cellular sources of IL- 10 in PBMC from 55 chronically infected individuals. A rare subset of CD8+ T cells was found to be the major HIV -I Gag-specific IL-10-producing population; these cells were restricted to ART-naive individuals and did not express the regulatory T cell markers CD25 or FoxP3 but could co-express IFN-y. A proportion of the population (median 48% and 9% respectively) expressed the P7 chain of the gut-homing integrin a4p7 and the chemokine receptor CXCR3, which mediates lymphocyte migration to sites of inflammation. Experimental depletion of Gag-specific IL-10+ CD8+ T cells did not affect T cell activation, or the production of cytokines such as IL-2 or IFN-y during short-term culture. However, depletion was associated with a significant increase in CD38 expression on CDI4+ monocytes, a trend towards increased HLA-DR expression on the same cells, and a significant increase in the concentration of the pro-inflammatory cytokine IL-6 in culture supernatants. There was also a significant increase in the number of HIV-infected (p24 antigen+) CD4+ T cells in cultures depleted of Gag- specific IL-10+ CD8+ T cells after 3 days, indicating that this population may contribute to control of viral replication. In order to determine the effect of IL-10 blockade on vaccine immunogenicity, IL-10R blocking antibody was administered to BALB/c mice prior to immunisation with two mV-I candidate vaccines, HIVA and HIVconsv. IL-10R blockade resulted in a trend towards increased IFN-y production by CD8+ T cells in response to the dominant H (Env) and P (Pol) epitopes of HIV A, and a significant increase in IFN-y ELISPOT responses to the subdominant Gl (Gag) epitope of HIV consv in vitro. Collectively, these data suggest that IL-10 producing cell populations may play critical but different roles in chronic infection and vaccination. Further research into how the timing of IL-10 responses affects disease outcome may allow IL-IO blockade to be explored as a therapeutic strategy in humans

Macrophages are important effector cells of the innate and adaptive immune response and exert a wide variety of immunological functions which necessitates a high level of plasticity on the chromatin level. In response to pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) or inflammatory signals macrophages undergo a process of cellular activation which is associated with morphologic, functional and biochemical changes. Toll-like receptors (TLR) are able to sense many different PAMPs. TLR4 is an important sensor for lipopolysaccharide (LPS) which elicits a major portion of the host’s inflammatory response through the activation of many different signaling pathways such as the NF-κB and the MAPK protein kinase pathways RASRAF- MEK-ERK, p38 and JNK. Polycomb group (PcG) proteins are well known chromatin modifiers which function in large complexes and are required to maintain chromatin structure in a transcriptionally repressed state. It has previously been shown that the PcG protein Bmi1 is phosphorylated by 3pK, a downstream effector kinase of the MAPK protein kinase pathways RAS-RAF-MEK-ERK, p38 and JNK. In this work I analyzed the role of Bmi1 as a downstream effector of MAPK signaling during macrophage activation. Unexpectedly a rapid up-regulation on the Bmi1 protein level was observed in bone marrow derived macrophages (BMDMs) after LPS treatment. The Bmi1 induction was associated with transient protein phosphorylation that occured downstream of MAPK signaling. LPS treatment of BMDMs in the absence of Bmi1 resulted in a pronounced increase of IL-10 secretion. This secretion of the anti-inflammatory cytokine IL-10 was associated with increased IL-10 mRNA levels. Furthermore, siRNA mediated knock down of Bmi1 in J774A.1 macrophages also resulted in elevated IL-10 mRNA levels in response to LPS. ChIP analysis revealed that Bmi1 binds to throughout the il-10 locus. Alternative activation of wild type BMDMs via concomitant TLR4 and FcγR activation which triggers high IL-10 expression is paralleled by an attenuated Bmi1 protein expression. These results identify Bmi1 as a repressor of IL-10 expression during activation of macrophages. / Makrophagen sind wichtige Effektorzellen der angeborenen und adaptiven Immunantwort und üben eine große Fülle von immunologischen Funktionen aus. Deshalb benötigen sie eine hohe Plastizität auf Chromatinebene. Als Antwort auf pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) oder andere inflammatorische Signale machen Makrophagen einen zellulären Aktivierungsprozess durch, der mit morphologischen, funktionellen und biochemischen Veränderungen assoziiert ist. Toll-like Rezeptoren (TLR) sind fähig, solche PAMPs zu erkennen. Der TLR4 ist ein wichtiger Sensor für Lipopolysaccharid (LPS). LPS löst eine inflammatorische Antwort des Wirtes durch die Aktivierung vieler verschiedener Signalwege wie zum Beispiel des NF-κB Signalwegs und der MAPK Proteinkinasensignalwege RAS-RAFMEK- ERK, p38 und JNK aus. Polycomb Gruppen (PcG) Proteine arbeiten in großen Proteinkomplexen zusammen und werden benötigt, um das Chromatin in einem transkriptionell reprimierten Zustand beizubehalten. Es konnte gezeigt werden, dass das PcG Protein Bmi1 von 3pK, einer Effektorkinase der MAPK Proteinkinasensignalwege RAS-RAF-MEK-ERK, p38 und JNK, phosphoryliert wird. In meiner Doktorabeit analysierte ich die Rolle von Bmi1 als downstream-Effektor der MAPKSignaltransduktion während der Makrophagenaktivierung. Es wurde unerwarteterweise eine schnelle Induktion von Bmi1 auf Proteinebene in Knochenmarks-Makrophagen (BMDMs) beobachtet. Diese Induktion war MAPK-abhängig und mit einer transienten Proteinphosphorylierung assoziiert. Die LPS-Behandlung der BMDMs in Abwesenheit von Bmi1 hatte erhöhte IL-10 Sekretion zur Folge. Diese erhöhte Sekretion des antiinflammatorischen Zytokines IL-10 war mit erhöhten IL-10 mRNA Expression verbunden. Des Weiteren hatte ein Bmi1 siRNA-vermittelter Gen-Knockdown in J774A.1 Makrophagen eine erhöhte IL-10 mRNA-Expression zur Folge. ChIP Analysen haben gezeigt, dass Bmi1 am ganzen il-10-Locus verteilt binden kann. Eine TLR4 und FcγR vermittelte alternative Aktivierung von BMDMs, die mit hoher IL-10 Expression verbunden ist, führte zu einer attenuierten Bmi1 Proteinexpression. Diese Ergebnisse zusammengenommen weisen Bmi1 als Repressor von IL-10 während der Makrophagenaktivierung aus.

Kawasaki disease (KD) is the most common cause of paediatric acquired heart disease which may be attributed to the combined effects of infection, immunological response, and genetic susceptibility. Acute coronary artery lesions (CALs) develop in 20-48 % KD children. In addition, chronic CALs develop in approximately 20-30% of untreated KD children. Although KD children treated with IVIG, 2-6% still develop chronic CALs. According to recent epidemiological studies, Asian populations have a much higher incidence of KD. Taiwan has the third highest annual incidence in the world (69 per 100,000 children < 5 years of age between 2003 and 2006). Several studies have shown that KD patients spontaneously produce high levels of IL- 10. Plasma or serum IL-10 levels of KD children in acute phase were nearly 8-33 fold and 4-5 fold higher than those of healthy controls and those of the acute febrile children, respectively. The elevated IL-10 levels during the acute phase of KD not only decreased during subacute and convalescent phase, but also decreased immediately after IVIG administration, coincidently rapid improvement of inflammatory symptoms. The above studies show a correlation of high IL-10 levels with inflammatory features of KD, but do not answer the question of whether high levels of IL-10 may be simply a byproduct of acute KD, or whether it may play a role in the pathogenesis of KD. Therefore, a family-based linkage study of 134 case-parents trios, a case-control study of 247 KD children and 129 normal controls, and a matched case-control study of 76 KD cases with acute coronary artery lesions (CALs) and 76 KD controls without acute CALs were carried out to evaluate the association of genetic single nucleotide polymorphisms (SNP) in IL-10 promoter (-1082, -819, and -592) with the risk of KD and acute CALs. Based on the Transmission Disequilibrium test (TDT) results, significant undertransmission of haplotype ATA and overtransmission of haplotype (ACC+GCC) were found for KD (p = 0.023 and 0.011, respectively), even after 1,000 times permutation (p = 0.026 and 0.010, respectively). In addition, the TC and CC genotype of IL-10-819T>C were significantly associated with the decreased risk of acute CALs (AOR, 0.93; 95% CI, 0.47-1.81 and AOR, 0.07; 95% CI, 0.01-0.62, respectively), as compared to TT genotype. The carries of AC and CC genotype in IL-10-592A>C were with significantly decreased risk of acute CALs (AOR, 0.90; 95%CI, 0.46-1.75 and AOR, 0.17; 95%CI, 0.03-0.87, respectively), as compared to those with AA genotype. Furthermore, as compared with ATA/ATA diplotype, GCC+ACC/GCC+ACC diplotype of IL10 was associated with the decreased risk of acute CALs (AOR, 0.18; 95% CI, 0.04-0.72). In conclusion, the haplotype and diplotype of IL10-1082/-819/-592 were significant differences in the transmission in KD families and that the IL10-819 and -592 SNPs played important role for the sequelae of acute CALs.

Thesis (Ph. D.)--Cornell University, January, 2007. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 204-240).

Beim aggressiven Non-Hodgkin Lymphom (aNHL) handelt es sich um eine heterogene Gruppe lymphatischer Erkrankungen. Obwohl heutige Behandlungsregime hohe Ansprechraten erzielen können, erreichen viele Patienten keine komplette Remission. Für eine Verbesserung der Behandlungsstrategien sind zuverlässige und klinisch anwendbare prognostische Marker erforderlich. Vorherige Studien weisen darauf hin, dass das Zytokin Interleukin 10 (IL10) eine Rolle sowohl bei der Initiierung als auch für den Verlauf von Lymphomen spielen könnte. Bisherige Daten zu Assoziationen von IL10 Genvariationen und dem IL10 Serumspiegel mit dem klinischen Verlauf von aNHL sind widersprüchlich. Daher ist das Ziel dieser Studie zu klären, ob diese beiden Faktoren prognostische Relevanz für den klinischen Verlauf von aNHL in unabhängigen größeren klinischen Studienkohorten haben sowie die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die hierzu beitragen. Insgesamt wurden 1724 aNHL Patienten von drei verschiedenen klinischen Studien (NHL-B, RICOVER-60 und MInT) in diese Studie eingeschlossen. 604 Patienten kamen aus der RICOVER-60 Studie, wobei von 523 Patienten Serumproben verfügbar waren. Überlebenszeitanalysen zeigten, dass Patienten mit niedrigen IL10 Serumspiegeln im Vergleich zu Patienten mit erhöhten IL10 Serumspiegeln einen besseren klinischen Verlauf aufwiesen. Dies gilt auch für Patienten, die mit Rituximab zusätzlich zu Chemotherapie behandelt worden sind, welches die heutige Standardtherapie ist. Dies weist darauf hin, dass der IL10 Serumspiegel prognostische Relevanz für das klinische Ergebnis von aNHL haben könnte. Die Behandlung von Zielzellen mit IL10 in in vitro Versuchen scheint zu einer Reduktion der Rituximab-vermittelten antikörperabhängigen zellulären Zytotoxizität (antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC)), nicht aber der Komplement-vermittelten Zytotoxizität (complement dependent cytotoxicity (CDC)) zu führen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass in der RICOVER-60 Kohorte homozygote Träger des IL10-11.668AA ein besseres Behandlungsergebnis zeigen als Träger der anderen zwei Genotypen (OS: HR=0.6; CI= 0.38-0.95; EFS: HR=0.6; CI= 0.41-0.87). Diese Genvariation befindet sich innerhalb einer evolutionär konservierten Sequenz. Mittels Chromatin Immunopräzipitation (ChIP) modifizierter Histone konnte ermittelt werden, dass die Region um den IL10-11.668G/A sowie andere konservierte Sequenzen in transformierten B-Zellen Enhancer spezifische Histon Modifikationen aufweisen. Sie scheinen also in die Regulation des IL10 Gens involviert zu sein. Zudem wurde eine sehr lange nicht-kodierende RNA identifiziert, die vom IL10 Genlokus transkribiert wird. Die Ergebnisse dieser Studie bestätigen, dass IL10 eine wichtige Rolle für den Klinischen Verlauf von aNHL spielt, und liefern neue Erkenntnisse über Struktur und Regulation des IL10 Gens.

Interleukin-10 (IL-10) is a pleiotropic cytokine which limits inflammatory responses by balancing the hosts immune response against infection. Mammalian Toll-like receptors (TLRs) are pattern recognition receptors that recognize specific molecular pattens on microbial pathogens and activate intracellular signaling via the transcription factors NF-B and IRF-3. In this study we evaluate the contribution of the TLR ligands Poly I:C, Pam3CSK4, LPS and LTA to IL-10 receptor dysfunction in murine peritoneal macrophages (PM). We examine how these ligands are able to alter IL-10 mediated STAT3 phosphorylation and CCR5 gene expression in PM. The ability of Poly I:C and Pam3CSK4 to alter the immunosuppressive activity of IL-10 in C2-ceramide stimulated PM is also examined. The results of our study indicate a delayed inhibition of IL-10 mediated activation of STAT3 by LPS, LTA, Poly I:C and Pam3CSK4. The CCR5 gene expression experiments demonstrate that LPS was able to down-regulate IL-10 induced CCR5 mRNA expression in PM.

Host antigen presenting cells (APC) are known to be critical for the induction of graft versus host disease (GVHD) after allogeneic bone marrow transplantation (BMT) but the relative contribution of specific APC subsets remains unclear. We have studied the role of host B cells in GVHD by using B cell deficient (ìMT) mice as bone marrow transplant recipients in a model of CD4 T cell-dependent GVHD to major histocompatibility antigens. We demonstrated that acute GVHD is initially augmented in ìMT recipients relative to wild-type (WT) recipients (mortality: 85% v 44%, P<0.01) and that this was the result of an increase in donor T cell proliferation, expansion and inflammatory cytokine production early after BMT. Recipient B cells were depleted 28-fold at the time of BMT by total body irradiation (TBI) administered 24 hours earlier and we demonstrated that TBI rapidly induced sustained IL-10 generation from B cells but not dendritic cells (DC) or other cellular populations within the spleen. Finally, recipient mice in which B cells were unable to produce IL-10 due to homologous gene deletion developed more severe acute GVHD than recipient mice in which B cells are WT. Thus the induction of interlukin-10 (IL-10) in host B cells during TBI attenuates experimental acute GVHD.