Lymphozyten-Trafficking in Abhängigkeit von GPR15L bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen
GPR15L-dependent lymphocyte trafficking in inflammatory bowel disease
Creators: name: Schramm, Sebastian
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: Grundlagenwissenschaften, Mausmodell, Pathophysiologie, Immunologie, CED, chronisch entzündliche Darmerkrankungen, GPR15, Darmhoming, MAdCAM-1, VCAM-1, Addressin, Zelladhäsion, Vedolizumab, Natalizumab, basic science, pathophysiology, mouse model, IBD, inflammatory bowel disease, integrin, GPCR, cell adhesion, gut homing
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::61 Medizin und Gesundheit::616 Krankheiten

description: Hintergrund und Ziele: Die Prävalenz chronisch entzündlicher Darmerkrankungen (CED) hat seit dem letzten Jahrhundert in den Industrieländern zugenommen. Jedoch konnte die genaue Pathogenese dieser Erkrankungen bisher noch nicht abschließend geklärt werden und die therapeutischen Möglichkeiten sind nach wie vor begrenzt. Ein wichtiger Mechanismus im Krankheitsprozess der CED ist die Auswanderung von Immunzellen aus der Blutzirkulation in das Darmgewebe. Dieser Mechanismus wird „Darmhoming“ genannt. Er besteht aus mehreren Schritten, von denen einer die Chemokin-induzierte Zellaktivierung ist, welche die Voraussetzung für eine feste Bindung an der Endotheloberfläche schafft. Diese Aktivierung wird über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren vermittelt und führt hierüber zur einer Konformationsänderung der Oberflächenintegrine, wodurch eine feste Bindung an die Zelladhäsionsmoleküle der Endothelzellen ermöglicht wird. Bisherige Daten legen nahe, dass der G-Protein-gekoppelte Rezeptor 15 (GPR15) insbesondere die Einwanderung von T-Zellen in das Colon beeinflusst. GPR15 wurde daher bereits als therapeutische Zielstruktur für die Colitis im Rahmen von CED postuliert. Limitierend war bislang, dass der endogene Ligand von GPR15 (GPR15L) bis 2017 nicht bekannt war. Die Bedeutung von GPR15L im Kontext von CED ist daher noch unklar. Das Ziel dieser Dissertation war es daher, die Rolle von GPR15L genauer zu untersuchen. Die Hypothese war, dass GPR15L durch Steuerung des T-Lymphozytenhomings in den Dickdarm zur Pathogenese intestinaler Entzündungsreaktionen beiträgt. Methoden: Um dieser Hypothese nachzugehen, wurden T-Lymphozyten humaner Spender in vitro mit funktionellen dynamischen Adhäsionsassays untersucht. Des Weiteren wurde die Ko-Expression von GPR15 mit Darmhoming-relevanten Integrinen in durchflusszytometrischen Untersuchungen in T-Zell-Subsets gesunder Spender und von Patienten mit CED beurteilt. Es wurden experimentelle DSS-Colitismodelle (Natrium-Dextransulfat, engl.: „dextran sulfate sodium“) der Maus, unter Verwendung einer GPR15L-überexprimierenden Mauslinie, untersucht. Der Schweregrad der Colitis wurde klinisch, endoskopisch, histologisch und durch in vivo-Bildgebungsverfahren beurteilt. Ergebnisse und Beobachtungen: Die Untersuchungen zeigen in vitro eine vermehrte Adhäsion von T-Zellen an die intestinalen Zelladhäsionsmoleküle MAdCAM-1 (engl.: „mucosal vascular addressin cell adhesion molecule 1“) und VCAM-1 (engl.: „vascular cell adhesion molecule 1“) nach Inkubation mit GPR15L. Weiterhin bestätigen Daten von humanen CD4+ T-Zellen eine hohe Ko-Expression von GPR15 und den Darmhoming-spezifischen Integrinen α4β7 und α4β1. Im DSS-Colitismodell zeigt sich bei GPR15L-überexprimierenden Mäusen eine geringere entzündliche Aktivität im Vergleich zu Wildtyp-Geschwistertieren. Eine zusätzliche Behandlung mit anti-α4β7-Antikörpern egalisierte diesen Effekt und spricht daher für einen Homing-abhängigen protektiven Einfluss von GPR15L in einer experimentellen Colitis. Schlussfolgerungen: Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass GPR15L Einfluss auf das Darmhoming von T- Zellen in den Integrinen vorgeschalteten Signalkaskaden ausübt und daher eine vielversprechende Zielstruktur für eine zukünftige organselektive Therapie bei CED sein könnte.
description: Objectives: The prevalence of inflammatory bowel diseases (IBDs) in industrialized countries has been increasing since the last century. However, the exact pathogenesis of these diseases is still unknown, and the therapeutic options are limited. A crucial process in the pathogenesis of IBDs is the extravasation of immune cells from the blood circulation into the intestinal tissues. This process is called gut homing. It consists of several steps, one of which is the chemokine-induced cell activation, which is necessary for a firm arrest at the endothelium. This activation is induced by G protein-coupled receptors and leads to conformational changes in surface integrins, thereby allowing firm binding to cell adhesion molecules on endothelial cells. Recent studies indicated that the G protein-coupled receptor 15 (GPR15) selectively regulates gut homing of T cells to the large intestine. Therefore, GPR15 has been strongly suggested as a potential therapeutic target for colitis in IBDs. Further research in the field has been facing the problem that the ligand for GPR15 (GPR15L) had been unknown until 2017. The impact of GPR15L on IBDs is unclear so far. Thus, the role of GPR15L was further investigated in this doctoral thesis. The hypothesis was, that by controlling the homing process of T lymphocytes to the large intestine, GPR15L contributes to the pathogenesis of intestinal inflammation. Design and methods: To address this question, T lymphocytes derived from human blood samples were studied in vitro with functional dynamic adhesion assays. Further, co-expression of GPR15 and gut-homing integrins was assessed with flow cytometry in T cell subsets from healthy donors and patients with IBDs. Experimental DSS (dextran sulfate sodium) mouse models for IBDs were used taking advantage of a GPR15L-overexpressing mouse strain. Severity of colitis was characterized by clinical disease activity, endoscopy, histology, and in vivo imaging. Observations and results: The findings show in vitro an increased adhesion of T cells to the intestinal cell adhesion molecules MAdCAM-1 (mucosal vascular addressin cell adhesion molecule 1) and VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule 1) after incubation with GPR15L. Additionally, data of human CD4+ T cells confirm a high co-expression of GPR15 with gutspecific homing integrins α4β7 and α4β1. Moreover, GPR15L-overexpressing mice develop less inflammation in the DSS colitis model compared to wildtype littermates. Additional treatment with anti-α4β7 antibodies abrogated this effect, suggesting a homing-dependent protective influence of GPR15L in experimental colitis. Conclusions: In summary, this doctoral thesis shows that GPR15L controls T lymphocyte gut homing upstream of integrins and might thus be a promising target for future organ-selective treatment of IBDs.