Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2009.

Peripheral CD4CD8 double positive (DP) T cells have been reported to play a role in several autoimmune diseases, virus infections and cancer. In rheumatoid arthritis (RA), both CD4 and CD8 single positive (SP) T cells are known to be involved in the pathogenesis, but the role of peripheral CD4CD8 DP T cells has not been investigated in detail. Anti cyclic citrullinated antibodies (ACPA) positive and ACPA negative RA patients, patients with systemic lupus erythematodes (SLE) and age matched healthy donors (HD) were enrolled in the analysis. The frequencies and phenotype of DP T cells in PBMC were investigated. In addition, DP T cells were quantified in biopsies from rheumatoid synovium. After in vitro restimulation, the cytokine production of DP T cells was investigated in cultures of PBMC. CMV specific cytokine secretion as well as proliferation was analyzed following antigen specific restimulation after an appropriate culture duration. DP T cells were found more frequently in RA patients than in healthy controls or patients with SLE. These DP T cells express ab TCRs, are of a memory phenotype and share features of both CD4 as well as CD8 SP T cells. Importantly, DP T cells were found to also be present in the rheumatoid synovium. Further characterization of DP T cells from RA patients revealed increased production of IL-21 and IL-4, implying a possible role as T helper cells. In addition, DP T cells in RA seem to contribute to the inflammatory process, because they produce significantly more IFNc than counterparts from HD and are increased in CMV+ RA patients. Given their capacity to produce a variety of cytokines (IL4, IL21 and IFNc), their association with ACPA positive RA and their presence in the synovium, we suggest an important role of double positive T cells in the pathogenesis of rheumatoid arthritis.

Zugl.: Leipzig, Univ., Diss., 2009

Regensburg, Univ., Diss., 2009.

Würzburg, Univ., Diss., 2009.

Die Rheumatoide Arthritis ist eine chronische Autoimmunerkrankung, deren Pathogenese noch unvollständig verstanden ist. Eine Dysbalance von pro- und antiinflammatorischen T-Helferzellen ist an der Entzündungsreaktion wesentlich beteiligt. Die Rolle von proinflammatorischen Th17-Zellen und regulatorischen Tregs ist bereits recht gut erforscht und bietet bereits erfolgreiche Therapieansätze. Umstritten bleibt die Rolle der sogenannten Th9-Zellen, welche pro- und antiinflammatorische Wirkungen zu vereinen scheinen. Die vorliegende Untersuchung umfasst die Daten von 7 RA-Patientinnen und -Patienten und 10 gesunden Kontrollen. Nach Isolation von naiven CD4+ T-Zellen erfolgte eine durchflusszytometrische Phänotypisierung der T-Zellen. Diese Phänotypisierung zeigte keinen relevanten Unterschied zwischen Pat und HD. Im Anschluss an eine 3-tägige Zellkultur von naiven und nicht naiven CD4+ T-Zellen unter Th9- und Th17-Stimulation erfolgte eine Auswertung mittels Durchflusszytometrie, RT-PCR und ELISA. Hierbei wurde eine sehr ähnliche Wirkung beider Stimuli auf die T-Zelldifferenzierung, die Zytokinproduktion und die Expression von Oberflächenmarkern beobachtet. Insbesondere die IL-9-Produktion wurde durch beide Stimuli signifikant induziert. Es scheint, dass IL-9-produzierende Zellen durch unterschiedliche Differenzierungswege induziert werden. Dies unterstützt die kontroverse Hypothese, dass Th9-Zellen keinen eigenständigen T-Helferzellsubtyp darstellen. Im Vergleich zu den Pat in Remission war die induzierte Zytokinproduktion (IL-9, IL-17, IFNγ) bei den HD betont. Dies liegt vermutlich an unspezifischen Effekten durch die immunsuppressive Therapie. Bei den beiden Patientinnen und Patienten mit der höchsten Krankheitsaktivität jedoch wurde die höchste IL-9-Konzentration in den Überständen nach Stimulation festgestellt. Ein IL-9-Exzess bzw. eine IL-9-Blockade hatte keinen signifikanten Einfluss auf die T-Zelldifferenzierung, die Zytokinproduktion und die Expression der Oberflächenmarker und des Transkriptionsfaktors. Das Vorliegen eines relevanten IL-9-regulierenden, autokrinen Mechanismus ist daher unwahrscheinlich. Zusammenfassend ergeben sich Hinweise, dass es sich bei IL-9-produzierenden Zellen aufgrund der diversen Differenzierungswege nicht um einen eigenständige T-Helferzellsubtyp handelt. Es benötigt einen sehr gut ausbalancierten Zytokincocktail und vermutlich eine längere Kulturzeit, um tatsächlich Th9-Zellen zu polarisieren. Ob diese in vivo vorkommen und eine Rolle in der Pathogenese der RA spielen ist zum jetzigen Zeitpunkt ebenso unklar wie die Rolle des IL-9 in der Pathogenese der RA. Daher kommt IL-9 als therapeutisches Ziel nach jetziger Kenntnis nicht in Betracht. / Rheumatoid arthritis is a chronic autoimmune disease whose pathogenesis is not yet fully understood. An imbalance of proinflammatory and anti-inflammatory T helper cells is essential to the inflammatory response. The role of proinflammatory Th17 cells and regulatory T cells has already been researched well and offers successful therapeutic approaches. The role of Th9 cells, which seem to combine proinflammatory and anti-inflammatory effects, remains controversial. The present study includes data from 7 RA patients and 10 healthy controls. T cells were phenotyped by flow cytometry after isolation of naive CD4+ T cells from PBMC. This phenotyping showed no relevant difference between RA patients and HD. Following a 3-day cell culture of naive and non-naive CD4+ T cells under Th9- and Th17-inducing conditions, the evaluation was carried out using flow cytometry, RT-PCR and ELISA. A very similar effect of the Th9- and Th17-stimulus on T-cell differentiation, cytokine production and the expression of surface markers was observed. IL-9 production was significantly induced by both stimuli. It appears that IL-9 producing cells are induced by different pathways of differentiation. This supports the controversial hypothesis that Th9 cells are not an independent Th cell subset. In comparison to RA patients in remission, the induced cytokine production (IL-9, IL-17, IFNγ) was higher in HD. This is probably due to unspecific effects of immunosuppressive therapy. Two patients with the highest disease activity, however, also showed the highest IL-9 concentration in the supernatants after stimulation. Neither an IL-9 excess nor an IL-9 blockade had a significant influence on T-cell differentiation, cytokine production, the expression of surface markers and of the transcription factor PU.1. The existence of a relevant IL-9-regulating autocrine mechanism seems unlikely. In summary, there is evidence that IL-9-producing cells are not an independent Th cell subset. It takes a very well-balanced cytokine cocktail and probably a longer cell culture to polarize actual Th9 cells. Whether Th9 cells occur in vivo and play a role in the pathogenesis of RA remains unclear as well as the role of IL-9 in the pathogenesis of RA. Therefore, according to present knowledge, IL-9 is not an option as a therapeutical target.

Die Rheumatoide Arthritis ist eine Autoimmunerkrankung, die mit grundlegenden Veränderungen im CD4+ T-Zellpool einhergeht. Viele Studien konnten zeigen, dass die Gruppe der T-Helferzellen bei erkrankten Personen vermehrt Anzeichen von replikativer Seneszenz und das adaptive Immunsystem deutliche Zeichen der Immunoseneszenz aufweisen. Als zum Teil ursächlich hierfür konnte ein reduzierter Thymusoutput festgestellt werden. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, aufbauend auf Erkenntnissen von Six und Kollegen anhand einer Lymphozytenvorläuferzelle, die im peripheren Blut zirkuliert, in vivo in der Lage ist, den Thymus zu besiedeln und sich in reife T-Zellen zu entwickeln, den Thymusinput abzuschätzen, um eine defiziente Thymusbesiedlung als eventuelle Ursache des reduzierten Thymusoutput festzustellen. Hierzu wurde das Blut von 28 Patienten mit Rheumatoider Arthritis und altersentsprechenden gesunden Kontrollen mittels Durchflusszytometrie auf mehrere relevante reife T-Helferzellpopulationen, naive CD4+ T-Zellen und benannte lymphozytäre Vorläuferzelle untersucht. Es konnten dann direkte Vergleiche des prozentualen Anteils bestimmter T-Helferzellgruppen zwischen Erkrankten und Gesunden gezogen sowie Korrelationen verschiedener Zellgruppen untereinander hergestellt werden. Die gewonnenen Ergebnisse wurden mit der hierzu vorliegenden Literatur verglichen und diskutiert.

O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos do probiótico Bifidobacterium animalis subsp. lactis HN019 (HN019) na periodontite (PE) induzida por ligadura em ratos com artrite reumatoide (AR) experimental. Foram utilizados 28 ratos, divididos em 4 grupos (n=7): AR (controle), AR/PROB (probiótico), AR/PE (periodontite experimental) e AR/PE/PROB. A partir do dia 0, HN019 foi adicionado diariamente à água dos animais dos grupos PROB, na concentração de 1,5x 109 unidades formadoras de colônia por mililitro, até o final do experimento. No dia 7, AR foi induzida por injeções subcutâneas de colágeno bovino tipo II (CII) emulsionado em Adjuvante Incompleto de Freund (IFA) em múltiplos locais na base da cauda dos animais. No dia 14, foi realizada uma dose de reforço de CII com IFA. No dia 21, aplicações locais de Adjuvante Completo de Freund foram realizadas na superfície plantar das patas traseiras direitas e intra-articularmente nos joelhos direitos dos animais. No dia 28, nos grupos PE, foram posicionadas ligaduras ao redor dos primeiros molares inferiores, as quais permaneceram em posição durante 11 dias. Os animais foram submetidos à eutanásia no 39º dia. Foram realizadas análises microtomográficas, histomorfométrica, imunoenzimáticas (anticorpo anti-proteína citrulinada, TNF-&alpha;, IL-6, IL-17 e IL-10) e microbiológica. Os dados foram estatisticamente analisados (p<0,05). O grupo AR/PE/PROB apresentou perda óssea alveolar reduzida quando comparado com o grupo AR/PE. Não houve diferença significativa em relação ao nível de inserção conjuntiva quando os animais com PE tratados e não tratados com PROB foram comparados. Os animais do grupo AR/PROB apresentaram níveis de anticorpo anti-proteína citrulinada diminuídos quando comparados com os animais dos grupos AR e AR/PE. Os animais com PE tratados com PROB apresentaram níveis de TNF-&alpha; e IL-6 reduzidos e níveis de IL-17 aumentados quando comparados com os animais com PE não tratados. Não houve diferença significativa em relação aos níveis de IL-10 entre os grupos AR/PE e AR/PE/PROB. O grupo AR/PE apresentou maior taxa de bactérias anaeróbias sobre aeróbias do que o grupo AR/PE/PROB. Dentro dos limites deste estudo, pode-se concluir que a administração de HN019 promoveu um efeito protetor contra a destruição tecidual em ratos com AR e PE experimentais / The purpose of this study was to evaluate the effects of the probiotic Bifidobacterium animalis subsp. lactis HN019 (HN019) on ligature-induced periodontitis in rats with experimental rheumatoid arthritis (RA). 28 rats were divided into 4 groups (n = 7): RA (control), RA/PROB (probiotic), RA/EP (experimental periodontitis) and RA/EP/PROB. Starting from day 0, HN019 was added daily to the water of the animals of PROB groups (1.5x109 colony forming units per milliliter), until the end of the experiment. On day 7, RA was induced by subcutaneous injections of bovine collagen type II (CII) emulsified in Incomplete Freund\'s Adjuvant (IFA) at multiple sites at the base of the animals tail. On day 14, a booster dose of CII was performed with IFA. On day 21, local applications of Complete Freund\'s Adjuvant were performed in the plantar surface of the right hind paws and intra-articularly in the right knees of the animals. On day 28, in EP groups, ligatures were positioned around mandibular first molars and remained in position for 11 days. The animals were euthanized on day 39. Microtomographic, histomorphometric, immunoenzymatic (anti-citrullinated protein antibodies, TNF-&alpha;, IL-6, IL-17 and IL-10) and microbiological analyses were performed. Data were statistically analyzed (p <0.05). The RA/EP/PROB group presented reduced alveolar bone loss when compared to the RA/EP group. There was no significant difference regarding connective tissue attachment level when the treated and untreated EP animals were compared. Animals of the RA/PROB group showed decreased levels of anti-citrullinated protein antibodies when compared with the animals of RA and RA/EP groups. EP animals treated with PROB presented reduced levels of TNF-&alpha; and IL-6 and increased levels of IL-17 when compared with animals with untreated EP. There was no significant difference in IL-10 levels between RA/EP and RA/EP/PROB groups. Group RA/EP presented a higher rate of anaerobic/aerobic bacteria than group RA/EP/PROB. Within the limits of this study, it can be concluded that the administration of HN019 promoted a protective effect against tissue destruction in rats with experimental RA and EP

Die rheumatoide Arthritis (RA) ist eine Autoimmunerkrankung, die durch anhaltende Gelenksentzündungen gekennzeichnet ist und mit einer fortschreitenden Degradierung des Knorpels und Knochen einhergeht. Ungefähr 2 % der erwachsenen Bevölkerung weltweit sind betroffen und leiden unter erheblichen Gelenkschmerzen und Beeinträchtigungen. Der intraartikuläre Transfer anti-entzündlicher Gene (z.B. des Interleukin-1 Rezeptorantagonisten – IL1RA) zeigte signifikante Bedeutung in präklinischen und Phase-I klinischen Studien der RA Therapie. Die meisten dieser Studien verwendeten MLV-basierte orthoretrovirale Vektoren für eine stabile Transgenexpression, tragen aber das Risiko der Insertionsmutagenese. Wir haben foamyvirale Vektoren (FVV) etabliert, welche von apathogenen Elternviren abgeleitet sind und sich durch ein breites Wirtsspektrum und ein vorteilhaftes Integrationsmuster ins zelluläre Genom auszeichnen. In dieser Arbeit wurden IL1RA exprimierende prototypische foamyvirale Vektoren (PFV) generiert, deren chondroprotektives Potential in vitro und in einem indirekten Gentransferansatz in Kniegelenken von Wistar und athymischen Nacktratten in vivo evaluiert wurde. PFV Vektoren mit der kodierenden Sequenz für den humanen IL1RA, einer internen ribosomalen Eintrittsstelle (IRES) und EGFP wurden generiert und mit Verwendung eines Vier-Plasmidsystem, bestehend aus dem Vektorplasmid (IL1RA-IRES-EGFP) und den Expressionsplasmiden FV-gag, FV-pol und FV-env in 293T Zellen produziert. Ebenso wurden Kontrollvektoren welche nur EGFP exprimieren generiert. Transduktionsexperimente wurden mit primären humanen mesenchymalen Stammzellen (MSZ) aus Knochenmarkaspiraten, der Tert-4 mesenchymalen Stammzelllinie, HT1080 Fibroblasten und primären Ratten Synovialfibroblasten durchgeführt. Die Transgenexpression wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie (EGFP), ELISA (IL1RA) und quantitativer Real-Time PCR (IL1RA) evaluiert. Die Funktionalität des IL1RA-Proteins wurde mit einem Prostaglandin E2 (PGE2) Assay gezeigt. Dazu wurden FV.IL1RA transduzierte Tert-4 Zellen und unbehandelte Zellen mit 10 ng/ml IL1 inkubiert. Als readout für die IL1-Stimulation dienten die PGE2 Mengen in den konditionierten Medien. Die Zellkulturüberstände wurden 48 h nach IL1-Gabe auf ihren PGE2 und IL1RA Gehalt hin untersucht. Die PGE2 Menge war dabei, im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollen, in den FV.IL1RA transduzierten Zellen signifikant erniedrigt. Nach der Transplantation von foamyviral transduzierten Synovialfibroblasten in Kniegelenke von Wistar und athymischen Nacktratten, war die intraartikuläre (i.a.) Transgenexpression in den Wistar Ratten zunächst hoch, fiel jedoch nach ungefähr 3 Wochen ab. Im Gegensatz dazu war die foamyviral vermittelte IL1RA-Expression in den immundefizienten Ratten für 12 Wochen auf sehr hohen Leveln stabil. Ein Maximum wurde an Tag 10 nach i.a. Transplantation mit ca. 450 ng pro Gelenk erreicht. Untersuchungen zur Biodistribution zeigten keine extraartikuläre Transgenexpression in allen untersuchten Organen (Gehirn, Herz, Lunge, Leber, Niere, Milz, Gonaden und Serum). Diese Resultate, zusammen mit dem Ausbleiben von sekundären Erkrankungen, wie bspw. Tumoren, in allen behandelten Tieren, sprechen für die Sicherheit des Ansatzes. Die Arbeit zeigt, dass FVV verwendet werden können, um primäre Synovialfibroblasten und MSZ effizient mit Markergenen und dem anti-entzündlichen IL1RA Transgen zu transduzieren. Die dabei erzielten Transgenlevel sind in der Lage, die Effekte von hochdosiertem IL1 zu blockieren. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass FVV sehr effiziente Werkzeuge für den ex vivo Gentransfer sind und unterstreichen ihr großes Potential für die Bereitstellung anti-entzündlicher Transgene in primären Zellen und Geweben. Zukünftig soll diese Technologie in Tiermodellen der Arthritis angewendet werden. Das Fernziel der Arbeiten besteht in der Etablierung und Evaluierung eines Gentransfersystems, welches die in vivo Applikation am Menschen erlaubt. / Rheuamtoid arthritis (RA) is an autoimmune disease with persistent joint inflammation that results in progressive degradation of cartilage and bone. Approximately 2 % of the adult population worldwide are estimated to be affected by RA and suffer from substantial joint pain and disability. The intra-articular transfer of anti-inflammatory genes (e.g. interleukin receptor antagonist protein – IL1RA) showed significant impact in preclinical and early phase clinical trials for RA therapy. Most of these studies used MLV-based orthoretroviral vectors for stable transgene expression, but carry the risk of insertional mutagenesis. We have established foamyviral vectors (FVV) that are derived from apathogenic parent viruses and are characterized by a broad host range and a favourable integration pattern into the cellular genome. Here we used prototype foamyvirus vectors (PFV) that expressed IL1RA and evaluated their protective effects in vitro and in an indirect gene transfer approach in knee joints of Wistar and athymic nude rats in vivo. PFV vectors carrying the coding sequence of the human IL1RA gene, along with EGFP (enhanced green fluorescent protein) linked via an internal ribosomal entry site (IRES), were generated and produced by using a four-plasmid system consisting of the vector plasmid (IL1RA-IRES-EGFP) and the expression plasmids FV-gag, FV-pol and FV-env in 293T cells. Control vectors were also generated that expressed EGFP only. Transduction experiments were performed with different cells including human primary mesenchymal stem cells (MSC) derived from bone marrow-aspirates, the Tert-4 mesenchymal stem cell line, the HT1080 fibroblast cell line and primary rat synovial fibroblasts. The transgene expression was evaluated by fluorescence microscopy (EGFP), flow cytometry (EGFP), ELISA (IL1RA) and realtime polymerase chain reaction (PCR) (IL1RA). Functionality of the IL1RA protein was shown by using a Prostaglandin E2 (PGE2) Assay. For this, FV.IL1RA transduced Tert-4 cells and untreated Tert-4 cells were incubated with 10 ng/ml IL1. As a readout for the IL1 stimulation, levels of PGE2 in conditioned media were determined. Cell culture supernatants were assayed 48 hours later for their PGE2 and IL1RA levels. The PGE2 levels were statistically significantly lower in the FV.IL1RA transduced cells in comparison to untreated controls. After the transplantation of foamyviral-transduced synovial fibroblasts in knee joints of Wistar and athymic nude rats, the intra-articular transgene expression in Wistar rats was initially high and declined after approximately 3 weeks. In contrast, foamyviral-mediated expression of human IL1RA was found to persist for at least 12 weeks at very high levels in immunocompromised rats, with a maximun value of approximately 450 ng human IL1RA per joint at day 10 after intra-articular transplantation. Biodistribution experiments were also performed and revealed the absence of extra-articular transgene expression in all organs analyzed (brain, heart, lung, liver, kidney, spleen, gonad and serum). This finding, along with the nonappearance of secondary disorders such as tumors in all animals treated, argue for the safety of the approach. Here we show that FV vectors can be used to efficiently transduce primary synovial fibroblasts as well as primary MSCs with marker genes as well as the anti-inflammatory IL1RA transgene at levels that were functional to block the effects of high doses of IL1. The results indicate that FV vectors are very efficient tools for ex vivo gene transfer and underscore their high value for delivering antiinflammatory transgenes to primary cells and tissues. In future experiments we aim to apply this technology in animal models of disease. The ultimate goal of this research is the establishment and evaluation of a gene transfer system that allows the application in humans.

B-Zellen spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Rheumatoiden Arthritis. Seit dem Jahr 2006 ist der Anti-CD20-Antikörper Rituximab, welcher eine passagere B-Zell-Depletion induziert, zur Therapie der Rheumatoiden Arthritis zugelassen. In dieser Arbeit wurde das variable Kappa- und Lambda-Leichtkettenrepertoire der CD19+CD27+ B-Gedächtniszellen bei einer Patientin mit aktiver Rheumatoider Arthritis vor und nach B-Zell-Depletion durch Rituximab verglichen. Hierzu wurden nach der Einzelzellsortierung von mononuklären Zellen des peripheren Blutes die Rearrangements des Kappa- und Lambda-Leichtkettenrepertoires amplifiziert, sequenziert und analysiert. Die gefundenen Daten sprechen für die Neubildung eines diversen, polyklonalen und hochmutierten Kappa- und Lambda-Leichtkettenrepertoires. Somit ist davon auszugehen, dass nach der CD20+ B-Zell-Depletion ein funktionsfähiges Repertoire entsteht, welches keine Restriktion für die Infektabwehr aufweist. / B cells play an important roll in the pathogenesis of rheumatoid arthritis. The anti-CD20 antibody rituximab induces a temporal B cell depletion and is approved for the therapy of rheumatoid arthritis since 2006. In this thesis a rheumatoid arthritis patient's variable kappa and lambda light chain repertoire of CD19+CD27+ memory B cells was analyzed before and after rituximab therapy. After single cell sorting of peripheral blood mononuclear cells the kappa and lambda light chain rearrangements were amplified, sequenced and analyzed. The results show the regeneration of a diverse, polyclonal and highly mutated kappa and lambda light chain repertoire. This indicates that after rituximab induced B cell depletion a functional repertoire is emerging with no signs of restriction for infect defense.