82 research outputs found
Analysis of α-synuclein expression in lymphocytes of healthy donors and patients with sporadic Parkinson's disease
No full textBackground and Aims
Parkinson’s disease (PD) is one of the most common neurodegenerative movement diseases primarily affecting the elderly population. PD`s main symptoms - rigor, tremor, and brady- or akinesia - go back to a loss of dopaminergic neurons (DN) in the substantia nigra (SN) pars compacta of the midbrain. DN loss is closely connected with an occurrence of intracellular α-Synuclein (aSyn)-containing protein aggregates – known as Lewy bodies (LB) or Lewy neurites (LN) – and their spreading over the human central nervous system (CNS). The disease was first described in 1817, but still poses various challenges in diagnosis as well as in therapy, even though modern medicine has developed several approaches to pharmacological as well as non-pharmacological symptomatic treatment by now. A causative treatment, however, has not been found up until today. The immune system, consisting of different types of leucocytes as well as of non-cellular defence mechanisms, plays a crucial role in both, acute and chronic diseases and is involved in PD pathology. Preceding studies already showed that there are certain observable reciprocal effects between age, health condition, immune system activation and aSyn expression. Rooting in the main hypothesis that aSyn is expressed in human lymphocytes, my research focused on the questions whether and how aSyn expression rates differ in different lymphocyte subsets, and what influence donor age, health condition and the activation status of the respective cell type might have on aSyn expression. I aimed for a better understanding of the development of PD on the cellular level, because this may offer valuable approaches to the diagnosis and treatment of the disease in the future.
Methods
Lymphocyte subsets were separated under the use of magnetic, cluster of differentiation (CD)-specific beads. Subsequently, activation of the various T cell subsets was conducted by applying specific T cell activation beads (DynaBeads). For observation of aSyn expression on the transcript level, multiple real-time polymerase chain reactions (rtPCR) were conducted, while for observation of the protein level, protein resolubilisation methods were evaluated as well as a combination of intracellular aSyn staining with CD-specific surface staining for fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis. Expression rates on the transcript and protein levels were compared among different lymphocyte subsets of various age groups and an active and at a resting state. Eventually, aSyn expression of PD patients` cells was compared with that of healthy individuals.
Results
While aSyn protein expression analysis in human lymphocytes only offered a perspective of what should be evaluated further in the future, rtPCR analysis allowed an interesting insight in PD pathology on the aSyn transcript level. We were able to show that in activated CD4+ T cells, expression of aSyn transcript seemed to decrease in comparison to that of resting cells – an observation, which was observable in all donor groups, young and healthy, older and healthy and PD patients. Furthermore, aSyn transcript expression showed a correlation with the respective donor age. aSyn transcript expression was on average higher in CD4+ T cells of older and healthy individuals than in those of young and healthy individuals. On the other side, PD patients’ CD4+ T cells appeared to express less aSyn transcript levels than those of healthy individuals.
Discussion
It was shown that aSyn expression in human lymphocytes depends on various influential factors. Age, health condition and the activation state of the respective lymphocytes are important influences on aSyn expression. Those observations give us an idea on how PD might be influenced by activation mechanisms in the human immune system. Our present results appear to contradict the hypothesis of PD as a systemic autoimmune reaction and rather support the theory of a focal inflammatory origin of PD pathomechanism. Further immunological research on cellular mechanisms of aSyn transcript and protein expression as well as regulation might be the future key to an earlier diagnosis of PD and, maybe, also for the treatment or even prevention of the disease
Einfluss verschiedener T-Zell Subtypen auf die α-Synuklein-Aggregation beim idiopathischen Parkinson Syndrom
No full textRole of T cell subsets in α-synuclein aggregation in Parkinson’s disease
Background and Aims
Parkinson’s disease is the second most common neurodegenerative disease
after Alzheimer’s disease. Its pathological hallmarks are neurodegeneration in
the substantia nigra and the resulting loss of dopaminergic neurons in addition
to α-synuclein aggregation being neurotoxic. In the last decades,
neuroinflammation gained attention as potential mechanism for progression of
this devastating disease. Thus, the innate and the adaptive immune systems are
claimed to play a crucial role in Parkinson’s disease pathogenesis. However,
which lymphocyte subset is involved in pathomechanisms and whether they
interplay with microglia, remains elusive. In the present thesis, I investigated the
influence of lymphocyte subtypes (T and B cells) on α-synuclein aggregation in
mouse models of Parkinson`s disease.
Methods
Mice overexpressing human α-synuclein under the murine Thy1 promoter were
crossed with those lacking CD8+ T cells, B cells or αβ T cells to investigate,
which lymphocyte subset influences α-synuclein aggregation. To characterize α-
synuclein aggregation, I performed immunohistochemistry (IHC) for human α-
synuclein (15G7), Western blot (WB) analysis, solubility assay and size
exclusion chromatography (SEC). These results were compared within different
mouse groups. Additionally, I used immunofluorescence for microglia and human
α-synuclein to investigate the role of lymphocytes on microglia phagocytosis of
α-synuclein aggregates.
Results
CD8+ T cells, B cells, and αβ T cells were lacking any influence on α-synuclein
aggregation rate and species. Moreover, microglia activation and phagocytosis activity were not altered in mice lacking CD8+ T cells and B cells, while αβ T
cells were not further investigated.
Discussion
CD8+ T cells, B cells, and αβ T cells showed no influence on α-synuclein
aggregation rate and species composition. However, a complete knockout of
mature lymphocytes leads to a reduction of α-synuclein aggregation in the
substantia nigra. This indicates, that since CD8+ T cells, B cells, and αβ T cells
have no influence on α-synuclein aggregation, this reduction may be caused by
γδ T cells or Natural Killer (NK) T cells. A previous study on human-derived stem
cells showed an influence of interleukin 17 (IL-17)-producing T cells on
Parkinson’s disease neurons. Since γδ T cells and NK T cells are secreting IL-
17, this result may indicate that γδ T cells play a role in Parkinson’s disease
pathology and might thus pave the path for new potential therapeutic targets.Einfluss verschiedener T-Zell Subtypen auf die α-Synuklein-Aggregation beim
idiopathischen Parkinson Syndrom
Hintergrund und Ziele
Das idiopathische Parkinson Syndrom ist nach der Alzheimer Demenz die
zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Seine pathologischen Merkmale
sind die Neurodegeneration in der Substantia Nigra und der daraus resultierende
Verlust von dopaminergen Neuronen, sowie die neurotoxische Aggregation von
α-Synuklein. In den letzten Jahrzehnten hat die Neuroinflammation als
potenzieller Mechanismus für das Fortschreiten dieser verheerenden
Erkrankung an Bedeutung gewonnen. Daher wird angenommen, dass das
angeborene und das adaptive Immunsystem eine entscheidende Rolle bei der
Pathogenese des idiopathischen Parkinson Syndroms spielen. Welcher
Lymphozyten-Subtyp an diesem Pathomechanismus beteiligt ist und welche
Rolle die Mikroglia spielen, bleibt jedoch unklar. In der vorliegenden Arbeit habe
ich den Einfluss von Lymphozyten-Subtypen (T- und B-Zellen) auf die α-
Synuklein-Aggregation in Mausmodellen des Parkinson Syndroms untersucht.
Methoden
Mäuse, die humanes α-Synuklein unter dem murinen Thy1-Promotor
überexprimieren wurden mit solchen, denen CD8+ T-Zellen, B-Zellen und αβ TZellen
fehlten, gekreuzt, um zu untersuchen, welche Lymphozyten-Untergruppe
die α-Synuklein-Aggregation beeinflusst. Um die α-Synuklein-Aggregation zu
charakterisieren, führte ich eine Immunhistochemie (IHC) für humanes α-
Synuklein (15G7), eine Western-Blot (WB)-Analyse, einen Löslichkeitstest und
eine Größenausschlusschromatographie (SEC) durch. Diese Ergebnisse wurden
innerhalb der verschiedenen Maus-Gruppen verglichen. Zusätzlich verwendete
ich Immunfluoreszenz für Mikroglia und humanes α-Synuklein, um den Einfluss der Lymphozyten-Untergruppen auf Mikroglia-Phagozytose der α-Synuklein-
Aggregate zu untersuchen.
Ergebnisse und Beobachtungen
CD8+ T-Zellen, B-Zellen und αβ T-Zellen zeigten keinen Einfluss auf die
Aggregationsrate und die Aggregationsspezien von α-Synuklein. Darüber hinaus
wurden die Mikroglia-Aktivierung und die Phagozytoseaktivität in Abwesenheit
von CD8+ T-Zellen und B-Zellen nicht verändert, während αβT-Zellen nicht auf
unterschiedliche Mikrogliaaktivierungen untersucht wurden.
Schlussfolgerungen
CD8+ T-Zellen, B-Zellen und αβ T-Zellen zeigten keinen Einfluss auf die
Aggregationsrate und die Aggregationsspezien von α-Synuklein. Das vollständige
Fehlen reifer Lymphozyten führte jedoch zu einer Verringerung der α-Synuklein-
Aggregation in der Substantia Nigra. Dies lässt annehmen, dass diese Reduktion
durch γδ T-Zellen oder Natürliche-Killer-T-Zellen (NK T-Zellen) verursacht werden
könnte. Eine frühere Studie an humanen Stammzellen zeigte einen Einfluss von
IL17-produzierenden T-Zellen auf die Neurone von Parkinson-Patienten. Da γδ TZellen
und NK T-Zellen Interleukin 17 (IL-17) sezernieren, könnte dieses Ergebnis
darauf hindeuten, dass γδ T-Zellen oder NK T-Zellen eine Rolle bei der Pathologie
des idiopathischen Parkinson Syndroms spielen und somit den Weg für neue
potenzielle therapeutische Angriffspunkte ebnen
Spezifität von Anti-Alpha-Synuclein-Antikörpern - Erkenntnisse aus der durchflusszytometrischen Analyse
No full textHintergrund und Ziele
Die Akkumulation von Alpha-Synuclein (aSyn) ist das Charakteristikum einer Gruppe von neurodegenerativen Erkrankungen, die als Synucleinopathien bezeichnet werden. Die physiologischen Funktionen von aSyn, sowohl innerhalb als auch außerhalb des zentralen Nervensystems (ZNS), sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Eine verlässliche und reproduzierbare Bewertung der aSyn-Proteinexpression in verschiedenen Zelltypen, insbesondere in Zellen mit niedriger Expression, wird durch die Vielzahl schlecht charakterisierter Anti-aSyn-Antikörper und das Fehlen einer routinemäßig verwendeten sensitiven und spezifischen Detektionsmethode erschwert. In dieser Studie habe ich einen robusten durchflusszytometrischen Arbeitsablauf für den aSyn-Nachweis und die Antikörper-Validierung entwickelt.
Methoden
Ich habe drei handelsübliche Antikörper (MJFR1, LB509 und 2A7) in einem großen Spektrum humaner Zelltypen, einschließlich induzierter pluripotenter Stammzellen, T-Lymphozyten und Fibroblasten, getestet. Mithilfe von Peptid-Blocking-Experimenten wurde die Sensitivität für die aSyn-Detektion sowie mögliche Kreuzreaktionen gegen weitere Subtypen der Synuclein-Familie sowie Tubulin untersucht. Zusätzlich habe ich eine zell- und antikörperspezifische Kartierung der aSyn-Expression erstellt. Darüber hinaus habe ich den Antikörper 2A7 auf seine Fähigkeit hin untersucht, die physiologische Heterogenität in der aSyn-Expression zwischen neuronalen und nicht-neuronalen Zellen aus kortikalen Organoiden zu detektieren. Abschließend wurde das Potenzial dieses Antikörpers zur Differenzierung des Proteingehalts zwischen gesunden Kontrollen und Parkinson-Patienten mit aSyn-Genlocus-Duplikation in neuronalen Vorläuferzellen und dopaminergen Neuronen des Mesencephalons analysiert.
Ergebnisse und Beobachtungen
In der systematischen Untersuchung konnte ich eine bisher nicht beobachtete Unspezifität des LB509-Antikörpers gegen Tubulin und verschiedene Synucleinformen nachweisen, während der MJFR1-Klon eine spezifische aSyn-Bindung zeigte, allerdings eine geringe Sensitivität aufwies. Im Gegensatz dazu zeigte der Antikörperklon 2A7 eine hohe Spezifität mit einer optimalen Empfindlichkeit für die Detektion von aSyn in einer Reihe von Zelltypen, einschließlich solcher mit geringer aSyn-Expression. Darüber hinaus war dieser imstande, die höheren Konzentrationen von aSyn in neuronalen Zellen zu erfassen und zeigte eine deutlich ausgeprägtere Expression dieses Proteins in der Duplikationslinie des aSyn-Gens.
Schlussfolgerungen und Diskussion
Auch wenn zwei der getesteten kommerziell erhältlichen aSyn-Antikörper ihre Anforderungen an die sensitive und spezifische Proteindetektion nicht erfüllten, habe ich den Antikörper 2A7 als geeignetes Werkzeug für die Erforschung der aSyn-Expression in verschiedenen Zelltypen identifiziert. Diese Ergebnisse liefern einen Grundsatzbeweis für den Einsatz der Durchflusszytometrie zur Analyse von aSyn und unterstreichen die Notwendigkeit einer strengen aSyn-Antikörper-Validierung, um die Erforschung der Physiologie und Pathologie dieses Proteins zu ermöglichen
Makrophagen-migrationsinhibierender Faktor bei Depressionen: Pilotstudie zur Genetik, Expression und Proteinkonzentration
No full textHintergrund und Ziele: Weltweit sind ca. 280 Millionen Menschen von Depressionen betroffen. Um Erkrankte besser zu erkennen und ihnen eine adäquate Therapie zukommen zu lassen, soll die rein klinische Diagnostik durch Biomarker erweitert werden. Gleichzeitig wird nach assoziierten Genen gesucht, da genetische Faktoren 30-40% der Anfälligkeit für Depressionen ausmachen. Eine der gängigen Hypothesen der Pathophysiologie ist die Entzündungstheorie, weil erhöhte Werte an proinflammatorischen Zytokinen und eine vermehrte Immunantwort mit depressiver Symptomatik und deren Schweregrad zusammenhängen. In dieser Arbeit wird das Zytokin Makrophagen-migrationsinhibierender Faktor (MIF) weiter untersucht, dessen Rolle bei Depressionen kontrovers diskutiert wird. Um den Nutzen von MIF als Biomarker zu erforschen, wurden das Genexpressions- und Proteinniveau von MIF auf Assoziationen mit der Depressionsschwere und der Verbesserung während der Therapie getestet. Des Weiteren wurde ermittelt, ob die Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) rs755622, rs2070766 und rs2096525 des MIF-Gens einen Einfluss auf das Erkrankungsrisiko oder den Vorhersagewert für den Schweregrad bzw. den Verlauf haben. Schließlich wurden die drei biologischen Ebenen auf ihre Assoziation untereinander geprüft.
Methoden: In der CeraBiDe-Studie wurden an Depressionen Erkrankte (n = 66 mit und n = 64 ohne Vormedikation), remittierte Patient*innen (n = 39) und gesunde Kontrollen verglichen (n = 61). Bei Studieneinschluss erfolgte für alle 230 Teilnehmer*innen eine Blutentnahme, die bei der erkrankten Gruppe nach drei Wochen Therapie wiederholt wurde. Die Genotypisierung wurde mittels hochauflösender Schmelzkurvenanalyse (HRM) bzw. Polymerasekettenreaktion (PCR) mit zwei fluoreszenzmarkierten Sonden durchgeführt. Das Genexpressionsniveau von MIF in peripheren mononukleären Blutzellen wurde durch quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) erhoben. Die Serumkonzentrationen von MIF wurden durch einen Sandwich-Enzymelinked Immunosorbent Assay (ELISA) ermittelt und stammen aus vorherigen Erhebungen der Arbeitsgruppe.
Ergebnisse und Beobachtungen: Auf genetischer Ebene zeigte sich, dass keine der jemals an Depressionen erkrankten Patientinnen (n = 96) das seltene Allel der MIFSNPs homozygot trägt, während dieser Genotyp bei 10-16% der weiblichen Kontrollen (n = 31) vorkommt. Dies legt bei Frauen einen protektiven Effekt der seltenen Allele der MIF-SNPs auf das Depressionsrisiko nahe, der bei den männlichen Studienteilnehmern nicht vorlag. Bei Studieneinschluss wurden auf Protein- und Genexpressionslevel keine signifikanten Unterschiede zwischen Erkrankten und Kontrollen gefunden. Im Verlauf der rund dreiwöchigen Therapie sank die MIF-Protein-Konzentration, die MIF-mRNAKonzentration hingegen nicht. Ein Zusammenhang des Depressionsverlaufs mit MIFmRNA- oder MIF-Protein-Konzentrationsänderungen konnte im Gesamkollektiv nicht gezeigt werden. Lediglich in Patienten-Subgruppen gab es auf Expressions- und Proteinebene Hinweise auf einen Vorhersagewert des Zytokins für den Depressionsverlauf.
Schlussfolgerungen: Diese Studie war laut Literaturlage die Erste, in der MIF auf drei biologischen Ebenen bezüglich Depressionen untersucht wurde. Es wurden keine starken Hinweise auf einen Nutzen von MIF-Protein und MIF-mRNA für Diagnose, Prognose oder Verlaufsbeobachtung von Depressionen gefunden. Der protektive Effekt auf genetischer Ebene in der kleinen Gruppe ist ein Anhaltspunkt für weitere Forschung in größeren Studienkohorten, um die Ergebnisse zu validieren.Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a controversially discussed inflammatory marker in major depressive disorder (MDD). While some studies show an association of high MIF protein levels with depression, animal models have yielded conflicting results. Thus, it remains elusive as to whether MIF plays an anti- or pro-depressive role. Therefore, we aimed to examine the potential of MIF at the genetic, expression and protein levels as a risk factor and biomarker to diagnose, monitor, or predict the course of MDD. Patients with a current major depressive episode (n = 66 with, and n = 64 without, prior medication) and remitted patients (n = 39) were compared with healthy controls (n = 61). Currently depressed patients provided a second blood sample after three weeks of therapy. Depression severity was assessed by self-evaluation and clinician rating scales. We genotyped for three MIF polymorphisms and analyzed peripheral MIF expression and serum levels. The absence of minor allele homozygous individuals in the large group of 96 female
patients compared with 10–16% in female controls suggests a protective effect for MDD, which was not observed in the male group. There were no significant group differences of protein and expression levels, however, both showed predictive potential for the course of depression severity in some subgroups. While MIF protein levels, but not MIF expression, decreased during treatment, they were not associated with changes in depression severity. This project is the first to investigate three biological levels of MIF in depression. The data hint toward a genetic effect in women, but do not provide robust evidence for the utility of MIF as a biomarker for the diagnosis or monitoring of MDD. The observed predictive potential requires further analysis, emphasizing future attention to confounding factors such as sex and premedicatio
Mechanismen der IL-4-vermittelten Immunfehlregulation bei der rheumatoiden Arthritis
No full textRheumatoid arthritis (RA) is a chronic inflammatory systemic disease that primarily affects the joints but may involve every organ of the human organism. RA has a prevalence of nearly 1% in the worldwide population. The disease is associated with significant disability and increased mortality if insufficiently treated. The pathogenesis of RA is not fully understood but is characterized by a strong genetic contribution and by abnormalities in the function of CD4 T cell subsets, which drive an adaptive autoimmune response. The cytokine interleukin 4 (IL-4), acting through the IL-4 receptor (IL-4R), crucially regulates CD4 T cell subset development and function, thereby contributing to RA development and/or progression. To delineate pathogenic mechanisms of RA and to identify early risk factors associated with the disease, the contribution of the IL-4R and the immunomodulatory role of IL-4 signaling in RA were investigated in this thesis. An association of RA with a region on the short arm of chromosome 16 containing the IL4R gene was previously shown. Therefore, in the first part of this work, the association of two single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the IL-4 receptor gene (IL4R) with RA susceptibility and severity was investigated in a case-control study. The two IL4R SNPs analyzed lead to amino acid substitutions of isoleucine (I) to valine (V) at position 50 (I50V SNP) and of glutamine (Q) to arginine (R) at position 551 (Q551R SNP). They are located within the functionally important IL- 4- and STAT6-binding regions of the IL-4R, respectively, and are thought to modulate IL-4 signaling. Allelic distribution at the I50V and Q551R IL4R SNPs, determined by allele specific PCR analysis in 471 RA patients and 371 healthy controls, revealed no major differences in allele, genotype, and haplotype frequencies, supporting the conclusion that IL4R is not associated with RA susceptibility. However, a significant impact of the I50V SNP on disease severity was determined. The V50 allele was strongly associated with early aggressive erosive RA independently of other diagnostic factors previously associated with severe RA (e.g. the presence of the shared epitope [SE] and of the rheumatoid factor [RF]) and showed a high predictive power for developing erosions within the first two years of RA. These data identified the IL4R gene as a novel genetic marker for early severe RA. IL-4 controls T cell differentiation via the IL-4R by inhibiting Th1 and promoting Th2 and Treg cell differentiation. Restricted IL-4 signaling in T cells might cause uncontrolled expansion of pro-inflammatory Th1 effector cells and impaired Th2 and Treg cell development that together may drive persistent rheumatoid inflammation. Therefore, in the second part of this work, the functional importance of the I50V and Q551R IL4R SNPs for IL-4 signaling in CD4 T cells was investigated. The effect of IL-4 on the function of CD4 T cells from healthy individuals expressing different IL4R alleles was assessed in vitro. The Q551R SNP only slightly influenced IL-4-mediated functions of CD4 T cells. In marked contrast, the I50V SNP had a profound effect on IL-4 signaling in CD4 T cells. While not affecting IL-4R expression and cell proliferation in response to IL-4, the V50 allele of the I50V IL4R SNP was associated with decreased responsiveness of CD4 T cells to IL-4 in terms of STAT6 phosphorylation, GATA3 mRNA upregulation, and IL-12Râ2 mRNA and protein downmodulation. These events are central mechanisms by which IL-4 regulates CD4 T cell differentiation. Consequently, V50 homozygosity was associated with significantly diminished IL-4-mediated inhibition of Th1 cell development and an impaired supportive effect of IL-4 on Th2 cell differentiation. Together, these data indicate a regulation of CD4 T cell function by the I50V IL4R SNP alleles that might underline the association of the V50 allele with early erosive RA. To investigate yet largely unknown mechanisms underlying regulatory T cell (Treg) development controlled by IL-4, gene expression profiling of developing Treg cells induced by IL-4 in vitro was analyzed in the third part of the thesis using DNA microarray technology. A number of genes were identified during different stages of Treg development that were specifically expressed in Tregs. The majority of the genes differently regulated in developing Treg cells at early stages are involved in cell cycle and cell proliferation control, whereas genes differently regulated later in development encode for surface receptors, enzymes, transcription factors, and signal transduction molecules. The adhesion molecule CEACAM1 and the prohormone PMCH were identified as early and late upregulated genes during Treg development, respectively. In line with the gene chip analysis, PMCH and CEACAM1 were detectable on mRNA level by real-time PCR in independent experiments, and CEACAM1 was highly expressed on activated mature Tregs as determined by flow cytometry. The results show that IL-4 controls a broad spectrum of genes at different stages of Treg development, suggesting their importance for immune homeostasis. The precise role of the identified genes in Treg development and/or functions has to be further analyzed. In summary, this study provides new aspects on the immunomodulatory role of IL-4: a number of IL-4-regulated genes participating in Treg cell development and an intriguing regulatory mechanism of CD4 T cell function by the alleles of the I50V SNP of the IL4R gene were delineated. The I50V IL4R SNP was identified as the first genetic marker in RA with a high predictive value for early joint destruction. It might be used to identify high-risk RA patients early in disease, before irreversible joint damage has occurred, and to adapt therapy individually.Die rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronisch entzündliche Systemerkrankung, die sich vor allem an den Gelenken manifestiert, aber jedes Organ des menschlichen Körpers befallen kann. Die Erkrankung tritt bei ca. 1% der Weltbevölkerung auf. Bei unzureichender Behandlung kann die Erkrankung zu erheblichen Funktionseinschränkungen und erhörter Mortalität führen. Die Pathogenese der RA ist noch nicht vollständig verstanden. Es gilt allerdings als sicher, dass die Krankheit eine sehr starke genetische Komponente hat und durch funktionelle Abnormalitäten der CD4 T-Zellsubtypen gekennzeichnet ist. Das Zytokin Interleukin-4 (IL-4), das über seinen IL-4- Rezeptor (IL-4R) wirkt, reguliert entscheidend die Differenzierung und die Funktion von CD4 TZellsubtypen und kann damit zur Entwicklung der RA beitragen. Um die pathologischen Mechanismen der RA einzugrenzen und die frühen Risikofaktoren, die mit der Erkrankung assoziiert sind, zu identifizieren, wurden in dieser Arbeit die Rolle des IL-4Rs und die immunomodulierende Rolle des IL-4 Signalwegs bei der RA untersucht. Die Assoziation zwischen der RA und einer Region auf dem kurzen Arm des Chromosoms 16, in der sich das IL-4-Rezeptor-Gen (IL4R) befindet, wurde in mehreren Studien gezeigt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde deshalb die Assoziation zwischen zwei Single Nucleotide Polymorphismen (SNP) in dem IL4R und der Prädisposition und dem Verlauf der RA in einer Fall-Kontroll-Studie untersucht. Die zwei untersuchten IL4R SNP führen zu einem Aminosäuren Austausch von Isoleuzin (I) zu Valin (V) in der Position 50 (I50V SNP) und von Glutamin (Q) zu Arginin (R) in der Position 551 (Q551R SNP). Sie befinden sich innerhalb der funktionell wichtigen IL-4- und STAT6-bindenden Regionen des IL-4Rs und sind vermutlich am IL-4- Signalweg beteiligt. Die Allel-Verteilung der IL4R SNP I50V und Q551R, die durch Allelspezifische PCR bei 471 RA-Patienten und 371 gesunden Kontrollen bestimmt wurde, zeigte keine signifikanten Unterschiede in Allel-, Genotyp- und Haplotyp-Frequenzen zwischen Patienten und Kontrollen. Aus diesem Ergebnis lässt sich schlussfolgern, dass der IL4R nicht mit einer Prädisposition für die RA assoziiert ist. Es wurde jedoch ein signifikanter Einfluss des I50V SNPs auf den Verlauf der Erkrankung gefunden. Für das V50 Allel wurde eine starke Assoziation mit früher erosiver RA nachgewiesen. Diese Assoziation war unabhängig von anderen diagnostischen Markern, die mit einem schweren Verlauf der RA assoziiert sind (shared epitope [SE] und Rheumafaktor [RF]), und hat einen hohen prognostischen Wert für die Voraussage einer erosiven Erkrankung innerhalb der ersten zwei Jahren der RA. Durch diese Ergebnisse wurde das IL4R Gen als neuer genetischer Marker für die frühe erosive RA identifiziert. IL-4 kontrolliert die T-Zelldifferenzierung mittels IL-4R durch Hemmung der Th1- und Förderung der Th2- und Treg-Zelldifferenzierung. Verminderte IL-4-Signalgebung in T-Zellen kann unkontrollierte Vermehrung von pro-inflammatorischen Th1-Effektorzellen und verringerte Th2- und Treg-Zellentwicklung verursachen, die zu persistierender rheumatoider Entzündung führen können. Deshalb wurde im zweiten Teil der Arbeit die funktionelle Bedeutung der I50V und Q551R IL4R SNP für die IL-4-Signalgebung in CD4 T-Zellen untersucht. Der Effekt von IL- 4 auf die CD4 T-Zellenfunktion von gesunden Spendern, die unterschiedliche IL4R-Allele exprimieren, wurde in vitro getestet. Der Q551R SNP beeinflusste die IL-4-gesteuerten Funktionen der CD4 T-Zellen nur in geringem Maße. Im Gegensatz dazu hatte der I50V SNP einen starken Effekt auf die IL-4-Signalgebung in CD4 T-Zellen. Während die IL-4R-Expression und Zellproliferation in Antwort auf IL-4 nicht beeinflusst wurden, war das V50-Allel des I50V IL4R SNPs mit verringerter Empfindlichkeit der CD4 T-Zellen auf IL-4 assoziiert. Dieser Effekt zeigte sich hinsichtlich der STAT6-Phosphorylierung, der GATA3 mRNA-Erhöhung und der Verringerung der IL-12Rß2 mRNA und des IL-12Rß2 Proteins. Durch diese zentralen Mechanismen reguliert IL-4 die CD4 T-Zelldifferenzierung. Die IL-4-gesteuerte Hemmung der Th1- und die Förderung der Th2-Zellentwicklung sind daher bei V50-Homozygotie signifikant vermindert. Diese Ergebnisse weisen auf eine Regulation der CD4 T-Zellfunktion durch die Allele des I50V IL4R SNPs hin und unterstreichen damit die Assoziation des decrease-in-function V50-Alleles mit früh erosiver RA. Um bisher weitgehend unbekannte Mechanismen der IL-4-gesteuerten regulatorischen T-Zell (Treg)-Entwicklung zu untersuchen, wurde im dritten Teil dieser Arbeit die Genexpression von sich unter IL-4 entwickelnden Treg-Zellen mittels DNA-Microarrays analysiert. Während der verschiedenen Stadien der Treg-Entwicklung konnte eine Vielzahl von Genen identifiziert werden, die spezifisch in sich entwickelnden Treg-Zellen exprimiert werden. Die Mehrheit der Gene, die an frühen Zeitpunkten der Treg-Entwicklung exprimiert werden, ist an der Regulation des Zellzyklus und der Zellproliferation beteiligt. Die Gene, die in späteren Entwicklungsstadien reguliert wurden, kodierten dagegen Oberflächenmoleküle, Enzyme, Transkriptionsfaktoren und Signaltransduktionsmoleküle. In der Treg-Entwicklung wurden das Adhäsionsmolekül CEACAM1 als früh hochreguliertes Gen und das Prohormon PMCH als spät hochreguliertes Gen gefunden. Die Hochregulation der PMCH und CEACAM1 mRNA ließ sich in unabhängigen Experimenten durch real-time PCR bestätigen. Außerdem wurde eine hohe CEACAM1- Expression auf aktivierten reifen Treg-Zellen mittels Durchflusszytometrie nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass IL-4 an verschiedenen Zeitpunkten der Treg-Entwicklung ein breites Spektrum von Genen kontrolliert, was auf deren Bedeutung für die Immunhomeostase hindeutet. Die genaue Rolle der identifizierten Gene für die Treg-Entwicklung und/oder Funktion muss noch weiter untersucht werden. Diese Arbeit liefert neue Einblicke in die Immunmodulation durch IL-4. Eine Vielzahl von IL-4 regulierten Genen, die an der Treg-Zellentwicklung beteiligt sind, wurde bestimmt. Außerdem wurden neue Aspekte der IL-4-vermittelten Regulation der CD4 T-Zellfunktion identifiziert. Der I50V IL4R SNP ist der erste genetische Marker mit hohem prognostischem Wert für die frühe Gelenkzerstörung bei der RA. Dieser Marker könnte daher sehr nützlich sein, um das Risiko von Früherosionen bei RA Patienten zu diagnostizieren und entsprechende präventive therapeutische Maßnahmen zu ergreifen
Alpha-synuclein prevents the formation of spherical mitochondria and apoptosis under oxidative stress
No full textAbstractOxidative stress (OS), mitochondrial dysfunction, and dysregulation of alpha-synuclein (aSyn) homeostasis are key pathogenic factors in Parkinson’s disease. Nevertheless, the role of aSyn in mitochondrial physiology remains elusive. Thus, we addressed the impact of aSyn specifically on mitochondrial response to OS in neural cells. We characterize a distinct type of mitochondrial fragmentation, following H2O2 or 6-OHDA-induced OS, defined by spherically-shaped and hyperpolarized mitochondria, termed “mitospheres”. Mitosphere formation mechanistically depended on the fission factor Drp1, and was paralleled by reduced mitochondrial fusion. Furthermore, mitospheres were linked to a decrease in mitochondrial activity, and preceded Caspase3 activation. Even though fragmentation of dysfunctional mitochondria is considered to be a prerequisite for mitochondrial degradation, mitospheres were not degraded via Parkin-mediated mitophagy. Importantly, we provide compelling evidence that aSyn prevents mitosphere formation and reduces apoptosis under OS. In contrast, aSyn did not protect against Rotenone, which led to a different, previously described donut-shaped mitochondrial morphology. Our findings reveal a dichotomic role of aSyn in mitochondrial biology, which is linked to distinct types of stress-induced mitochondrial fragmentation. Specifically, aSyn may be part of a cellular defense mechanism preserving neural mitochondrial homeostasis in the presence of increased OS levels, while not protecting against stressors directly affecting mitochondrial function.</jats:p
Life Cycle Costing Assessment: A Building Information Model (BIM) Investment Evaluation for General Contractors in the Construction Industry
No full textabstract: In the construction industry the management of knowledge is becoming an increasingly important element
for success. The successful management of knowledge helps general contractors to better compete which
ultimately leads to more contracts and potentially greater prots. The Life Cycle Costing assessment presented here, is a small step in understanding the complex decision of investing in BIM from general contractor's perspective. This assessment has identified the cost components for BIM and has allocated the cost for a typical project
The Trojan horse - neuroinflammatory impact of T cells in neurodegenerative diseases
No full textAbstract Neuronal degeneration is a common mechanism of many neurological diseases including Parkinson’s disease (PD), Alzheimer’s disease (AD), and Multiple Sclerosis (MS). While AD and PD are classical neurodegenerative diseases, the primary pathology in MS is driven by autoimmune inflammation, attacking oligodendrocytes and thereby inducing neurodegeneration. In AD and PD, immune cells are also considered to play an important role in the disease progression. While the role of local central nervous system (CNS) innate immune cells is well described, a potential influence of adaptive immune cells in PD and AD is not yet fully understood. Here, we aim to summarize findings concerning adaptive immune cells in PD pathogenesis and compare them to AD and MS. In the first part, we focus on disease-specific alterations of lymphocytes in the circulating blood. Subsequently, we describe what is known about CNS-infiltrated lymphocytes and mechanisms of their infiltration. Finally, we summarize published data and try to understand the mechanisms of how lymphocytes contribute to neurodegeneration in PD, AD, and MS. Lymphocytes are critically involved in the pathogenesis of MS, and clarifying the role of lymphocytes in PD and AD pathogenesis might lead to an identification of a common signature of lymphocytes in neurodegeneration and thus pave the road towards novel treatment options
Adult Hippocampal Neurogenesis in Parkinson’s Disease: Impact on Neuronal Survival and Plasticity
No full textIn Parkinson’s disease (PD) and other synucleinopathies, chronic neurodegeneration occurs within different areas of the central nervous system leading to progressive motor and nonmotor symptoms. The symptomatic treatment options that are currently available do not slow or halt disease progression. This highlights the need of a better understanding of disease mechanisms and disease models. The generation of newborn neurons in the adult hippocampus and in the subventricular zone/olfactory bulb system is affected by many different regulators and possibly involved in memory processing, depression, and olfaction, symptoms which commonly occur in PD. The pathology of the adult neurogenic niches in human PD patients is still mostly elusive, but different preclinical models have shown profound alterations of adult neurogenesis. Alterations in stem cell proliferation, differentiation, and survival as well as neurite outgrowth and spine formation have been related to different aspects in PD pathogenesis. Therefore, neurogenesis in the adult brain provides an ideal model to study disease mechanisms and compounds. In addition, adult newborn neurons have been proposed as a source of endogenous repair. Herein, we review current knowledge about the adult neurogenic niches in PD and highlight areas of future research
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