English Title: Apoptosis in systemic lupus erythematosus - Influence on immune response and peripheral tolerance

Preview

PDF, German Download (15MB) | Terms of use

Abstract

Das Immunsystem hat die Aufgabe, körperfremde Substanzen abzuwehren und Toleranz gegenüber körpereigenen Strukturen zu gewährleisten. In Autoimmunerkrankungen, wie z.B. dem systemischen Lupus erythematodes (SLE), ist der Mechanismus der Toleranz gegenüber körpereigenen Strukturen gestört. Eines der wesentlichen phänotypischen Merkmale des SLE ist das Auftreten von Antikörpern gegen zellintrinsische Strukturen, wie z.B. gegen Bestandteile des Zellkerns oder doppelsträngige DNA. In diesem Zusammenhang wurde von verschiedenen Gruppen beschrieben, dass sich im peripheren Blut von Patienten mit SLE vermehrt apoptotische Leukozyten nachweisen lassen, die zur Bildung von Antikörpern beitragen könnten. Da jeden Tag Körperzellen in großer Zahl unter apoptotischen Bedingungen sterben, muss das Immunsystem gewährleisten, dass intrazelluläres Material nicht nach außen dringt und dort als Gefahrensignal Zellen des Immunsystems aktiviert. In der Regel wird dies durch die Aufnahme apoptotischer Zellen durch phagozytierende Zellen, wie z.B. dendritische Zellen (DC) und Makrophagen, erzielt. Außerdem werden insbesondere DC nach Phagozytose von apoptotischem Material in einen weniger reaktiven Zustand versetzt, sezernieren nach Stimulation weniger pro-inflammatorische Zytokine und exprimieren weniger kostimulatorische Moleküle auf der Zelloberfläche. Dadurch wird die Aktivierung von autoreaktiven T-Zellen durch diese DC verhindert. Sowohl eine erhöhte Apoptoserate als auch eine gestörte Interaktion von DC mit apoptotischen Zellen könnten diesen Mechanismus der peripheren Toleranzinduktion aufheben. In dieser Arbeit wurde untersucht, in wieweit Zellen von Patienten mit SLE ein verändertes Apoptoseverhalten aufweisen, und ob die Interaktion von apoptotischen Zellen und DC dahingehend verändert ist, dass dies zu einer verminderten peripheren Toleranz führt. Hierbei konnte festgestellt werden, dass sich neutrophile Granulozyten von Patienten mit SLE in Bezug auf die Anzahl und den zeitlichen Verlauf der Apoptose neutrophiler Granulozyten nicht von denen gesunder Kontrollen unterscheiden. Weiterhin zeigen apoptotische neutrophile Granulozyten von Patienten mit SLE ein vergleichbares Verhalten wie neutrophile Granulozyten von gesunden Kontrollen hinsichtlich ihrer suppressiven Eigenschaften auf DC. Außerdem ist die Stimulierbarkeit von DC mit Lipopolysaccharid (LPS) in beiden Gruppen vergleichbar. Zusätzlich ist die Suppression von DC durch apoptotische Zellen von Patienten mit SLE und gesunden Kontrollen nicht unterschiedlich. Ein zellintrinsischer Defekt von neutrophilen Granulozyten und DC in Patienten mit SLE konnte somit nicht nachgewiesen werden. Annexin 1 ist ein Molekül, das in der Abteilung von Prof. Krammer auf der Oberfläche apoptotischer Zellen gefunden wurde und einen suppressiven Effekt auf DC ausübt. In den durchgeführten Experimenten wurde die Expression auf der Oberfläche apoptotischer neutrophiler Granulozyten untersucht, und die Ergebnisse deuten nicht darauf hin, dass diese bei Patienten mit SLE gestört ist. Jedoch finden sich im Serum von Patienten mit SLE vermehrt Antikörper gegen Annexin 1. Diese haben aber nur einen geringen Effekt auf die Suppression von DC und die Phagozytose apoptotischer Zellen durch DC. Es scheint deswegen unwahrscheinlich, dass dieses System beim SLE zu Veränderungen der peripheren Toleranz führt. Des Weiteren wurden regulatorische T-Zellen (Treg) im Blut von Patienten mit SLE und gesunden Kontrollen quantifiziert und charakterisiert. Die Anzahl und die phänotypischen Eigenschaften von Treg erwiesen sich bei Patienten mit SLE und gesunden Kontrollen als vergleichbar. Zusammenfassend geben diese Ergebnisse Einblick in die Interaktion von apoptotischen Zellen und DC im Bezug auf die periphere Toleranzinduktion beim SLE.

Translation of abstract (English)

The immune system has to guarantee a strong defense against exogenous substances and has to concomitantly assure tolerance against the body´s own structures. In autoimmune diseases, such as systemic lupus erythematosus (SLE), the mechanisms of tolerance are often disturbed. One of the main phenotypical features of SLE is the occurrence of antibodies against cell intrinsic structures such as anti-nuclear or anti-double stranded DNA antibodies. Several groups described elevated levels of apoptotic leukocytes in peripheral blood of patients with SLE which could account for the generation of antibodies against cell intrinsic structures. Since apoptosis of cells is necessary to sustain tissue homeostasis, it is essential to avoid release of intracellular material, which can act as a danger signal on immune cells. This is generally established by phagocytosis of apoptotic cells by surrounding cells, e.g. dendritic cells (DC) and macrophages. Furthermore, the uptake of apoptotic material enables activated DC to secrete less proinflammatory cytokines and to express less costimulatory molecules on their surface and thereby prevents activation of autoreactive T cells. This mechanism can be disrupted by a higher rate of apoptotic cells or an altered interaction of DC and apoptotic cells. The aim of this study was to analyze if patients with SLE show alterations in apoptosis of leukocytes or the interaction of DC with apoptotic cells, which can lead to the abrogation of peripheral tolerance. The results demonstrate that in patients with SLE, the apoptosis rate of neutrophils seems not to be altered compared to healthy controls. Moreover, suppressive capacity of these cells on DC is comparable between patients with SLE and healthy controls. DC of patients with SLE show similar activation capacity after stimulation with lipopolysaccharid (LPS) compared to healthy controls, which can be suppressed to an equal amount by apoptotic cells. The results do not account for a cell intrinsic defect of the investigated cells. In the group of Prof. Krammer, it was recently found that annexin 1 is a molecule on the surface of apoptotic cells, which has a suppressive effect on DC. In this study, surface expression of annexin 1 on apoptotic neutrophils was tested and shows similar results in patients with SLE compared to healthy controls. However, elevated levels of antibodies against annexin 1 were detected in the serum of patients with SLE. Phagocytosis and suppressive effects of apoptotic cells on DC are not altered by these antibodies making it unlikely to have a major impact on the mechanism of tolerance induction in this disease. In addition, regulatory T cells (Treg) were quantified and phenotypically characterized. These properties are comparable in patients with SLE and healthy controls. In summary, the results of this study provide insight into the interaction of apoptotic cells and DC relating to peripheral tolerance induction in SLE.