Pathogene und therapeutische Manipulation des IL-7/IL-7-Rezeptor-Signalweges in der Inselzelltransplantation und Autoimmunität
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Typ 1 Diabetes (T1D) ist eine der am häufigsten chronischen Autoimmunerkrankungen im Kindesalter. Hierbei führt die immun-vermittelte Zerstörung der pankreatischen Beta-Zellen zu einem Insulindefizit und einer für T1D charakteristischen Hyperglykämie. Eine Heilung kann derzeit lediglich durch die Transplantation des gesamten Pankreas oder von pankreatischen Inselzellen erreicht werden. Nach einer Transplantation sind die Patienten jedoch auf eine kontinuierliche Behandlung mit Immunsuppressiva angewiesen, um die Abstoßung des Allotransplantats zu verhindern und Autoimmunantworten zu unterdrücken. Die Verabreichung von Immunsuppressiva, z.B. nach Inselzell-Transplantation, kann jedoch zu Lymphopenie und einem chronischen Anstieg an IL-7 führen. Dadurch wird die proliferative Expansion bereits vorhandener Gedächtnis-T-Zellen gefördert und das Wiederauftreten oder eine Verschlimmerung von Autoimmunität begünstigt. Der zu Grunde liegende molekulare Mechanismus ist noch nicht vollständig verstanden und ein präklinisches Modell zur Untersuchung dessen war bislang nicht verfügbar. Das Ziel des Projektes bestand in der Charakterisierung der Entwicklung und Funktion von Lymphozyten in einem immunsuppressiven Maus-Modell mit induzierbarer IL-7 Überexpression. Hierzu sollte die biologische Aktivität des induzierten IL-7 Proteins im Hinblick auf seine Wirksamkeit, Autoimmunität und Abstoßung des Inselzelltransplantats ermittelt werden. Das Projekt kombinierte diese Untersuchungen mit der Analyse des humoralen Milieus nach humanen Transplantationen, um dessen Einfluss auf T-Zellaktivierung zu beurteilen. Im Rahmen dieses Projektes konnte ein immunsuppressives, präklinisches Modell etabliert werden, welches eine Dex/Dox-vermittelte, zeitlich kontrollierte Induktion einer IL-7 Überexpression erlaubt. Im Vergleich zu geeigneten Kontrolltieren waren sowohl der prozentuale Anteil, als auch die absolute Anzahl der IL-7-Rezeptor-exprimierenden Zellpopulation, erhöht, welche mit den erhöhten IL-7 Serumkonzentrationen korrelierten. Durch die IL-7 Überexpression wurden außerdem CD8+ Gedächtnis-T-Zellen bevorzugt vermehrt. Um den Effekt von IL-7 auf das Überleben des Inselzelltransplantats in einem alloimmunen Modell zu untersuchen, wurden mit STZ behandelte diabetische BALB/c Mäuse mit C57BL/6 IL-7-induzierbare oder Kontroll-Inselzellen transplantiert. Wie erwartet, konnte anschließend durch die Dexamethason und Doxycyclin Behandlung das Überleben des Transplantats signifikant verlängert werden. Eine immunosuppressive Situation konnte in diesem Transplantation-Mausmodell gezeigt werden. Eine lokale erhöhte Expression von IL-7 im Transplantat führte zu einer vermehrten CD4+ und CD8+ T-Zell-Infiltration. Dies hat eine verringerte Überlebensrate des Transplantats zur Folge. Diese Ergebnisse bekräftigen die Hypothese, dass ein IL-7-reiches Milieu Autoimmunität fördert und suggeriert, dass Resistenz gegen Immunregulation einen zu Grunde liegenden Mechanismus darstellt. Die humoralen Zytokin/Chemokin Profile nach Transplantation offenbarten z.B. einen hohen IL-7 Charakter nach Pankreas-Transplantation und mehrere weitere Zytokin/Chemokin Profil-Cluster. Die Verteilung dieser Cluster variierte erheblich zwischen gesunden Kontrollen, Langzeit- T1D-Patienten, Patienten mit chronischer Pankreatitis sowie vor und nach Inselzell- oder Pankreas- Transplantation. Ich konnte diese Daten mit einer initialen Analyse von RNA-Sequenzierungsdaten von CD8+ T-Zellen und Treg-Zellen, die durch diese Patientenseren aktiviert wurden, komplementieren und zeigen, dass die Genexpressionsprofile der T-Zellen in Abhängigkeit des verwendeten Probanden- Serums maßgeblich beeinflusst wurden. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass das transgene IL-7 Protein in einem immunsuppressiven Umfeld induzierbar exprimiert wird, biologische Aktivität aufweist und die Lymphozyten-Entwicklung und Funktion auf mehreren Ebenen beeinflusst. Dieses präklinische Modell bietet die Möglichkeit, den Einfluss von IL-7 Überexpression in experimentellen Situationen mit klinischer Relevanz zu untersuchen, z.B. autoimmunem Diabetes, einschließlich Inselzell-Transplantation in autoimmunen und alloimmunen Modellen. Die Relevanz von IL-7 sowie anderen Zytokinen und Chemokinen wird weiterführend mit Hilfe der Serum-induzierten transkriptionellen Antworten analysiert und evaluiert. Dadurch wird ein erweitertes Verständnis der Signalwege, die das Wiederauftreten von Autoimmunität fördern, geschaffen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 9th CRTD Summer Conference on Regenerative Medicine: Establishment of a novel mouse model to study IL-7-driven immune deviation in vivo. June 2015, Dresden, Germany
M. Schreiber, A. Hommel, K. Anastassiadis, E. Bonifacio, K. Kretschmer
- 9th CRTD Summer Conference on Regenerative Medicine: IL-7 promotes alloimmune destruction of transplanted islet beta cells. June 2015, Germany
Hommel A, Weigelt M, Schreiber M, Karasinsky A, Lindner A, Anastassiadis K, Kretschmer K, Bonifacio E
- Immunology of Diabetes Society 14th International Congress: Establishment of a novel mouse model to study IL-7-driven immune deviation in vivo. April 2015, Munich, Germany
M. Schreiber, A. Hommel, K. Anastassiadis, E. Bonifacio, K. Kretschmer
- Immunology of Diabetes Society 14th International Congress: IL-7 promotes alloimmune destruction of transplanted islet beta cells. April 2015, Munich, Germany
Hommel A, Weigelt M, Schreiber M, Karasinsky A, Lindner A, Anastassiadis K, Kretschmer K, Bonifacio E
- 10th CRTD Summer Conference on Regenerative Medicine: Inducible IL-7 hyperexpression in a novel mouse model affects lymphocyte development and function at multiple levels. June 2016, Dresden, Germany
M. Schreiber, K. Kretschmer, K. Anastassiadis, E. Bonifacio, A. Hommel
- 11th CRTD Summer Conference on Regenerative Medicine: Inducible IL-7 hyperexpression in a novel immunosuppressive mouse model influences lymphocyte development and function leading to enhanced allograft rejection. June 2017, Dresden, Germany
M. Schreiber, M. Weigelt, A. Karasinsky, A. Lindner, K. Anastassiadis, E. Bonifacio, K. Kretschmer, A. Hommel
- Immunology of Diabetes Society 15th International Congress: Inducible IL-7 hyperexpression in a novel immunosuppressive mouse model influences lymphocyte development and function leading to enhanced allograft rejection. January 2017, San Francisco, USA
M. Schreiber, M. Weigelt, A. Karasinsky, A. Lindner, K. Anastassiadis, E. Bonifacio, K. Kretschmer, A. Hommel
