title: Characterization of cellular and humoral immune responses in pemphigus patients and an HLA-transgenic mouse model
title: Charakterisierung zellulärer und humoraler Immunantworten bei Pemphigus-Patienten und einem HLA-transgenen Mausmodell
title: Charakterisierung zellulärer und humoraler Immunantworten bei Pemphigus-Patienten und einem HLA-transgenen Mausmodell
Creators: name: Hennerici, Tina
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Antikörper , Autoantikörper
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Autoimmunity , Autoantibodies
Autoimmunität

description: Die prototypische
      antikörpervermittelte und organspezifische
      Autoimmunerkrankung Pemphigus zeichnet sich durch
      Autoantikörper der Immunglobulinklasse G (IgG) aus, welche
      vornehmlich gegen die desmosomalen Cadherine Desmoglein 3
      (Dsg3) und Dsg1 in der Epidermis gerichtet sind. Dieser
      Prozess, der Akantholyse genannt wird, äußert sich klinisch
      in der Bildung von fragilen Blasen und Erosionen auf Haut und
      Schleimhaut. Therapiemöglichkeiten beschränken sich zurzeit
      überwiegend auf eine unspezifische Immunsuppression, welche
      mit dem Risiko schwerer Nebenwirkungen und Folgeerkrankungen
      einhergeht. Obwohl lange bekannt ist, dass IgG-Autoantikörper
      wesentlich an der Pathologie des Pemphigus beteiligt sind,
      ist dennoch unklar, welche immunologischen Mechanismen im
      Einzelnen zum Verlust der Selbsttoleranz führen. Ziel des
      ersten Teils dieser Dissertation war es,
      antigenpräsentierende Zellen (APC) und APC-assoziierte
      Zytokine sowie deren Beziehung zu T-Helfer
      (Th)-Zell-Populationen und zur Autoantikörper-Antwort in der
      Pathogenese des Pemphigus zu untersuchen. Zu diesem Zwecke
      wurden 34 Pemphigus-Patienten Blutproben entnommen und zwölf
      klinisch detailliert charakterisierte Patienten für eine
      umfassendere Analyse ausgewählt, welche keiner oder einer nur
      minimalen Immunsuppression unterlagen. Diese Kohorte bestand
      aus neun Pemphigus vulgaris (PV)- und drei Pemphigus
      foliaceus (PF)-Patienten, die entsprechend eines aktiven oder
      remittierenden Krankheitsstatus subgruppiert wurden. Als
      Kontrollgruppe wurden zwölf Patienten der autoimmunen
      Muskelschwäche Myasthenia gravis (MG) definiert, welche eine
      unabhängige autoantikörpervermittelte und organspezifische
      Autoimmunerkrankung darstellt. Im APC-Kompartiment konnte als
      wesentliches Ergebnis eine verminderte Anzahl zirkulierender
      myeloider und plasmazytoider dendritischer Zellen (DC) bei
      aktiven Pemphigus-Patienten festgestellt werden. Eine
      gleichzeitig vermehrte Oberflächenexpression des C-C
      Chemokinrezeptors-2 (CCR2) auf myeloiden DC weist in diesem
      Zusammenhang auf eine erhöhte Migration dieser Zellen in
      entzündete periphere Gewebe wie der Haut hin. Analog zeigte
      sich eine vermehrte Expression des CCR2 auf CD14+ Monozyten
      sowie eine erhöhte zirkulierende Population an CD16+
      Monozyten mit selektiver Expansion der nichtklassischen
      Subpopulation. Eine funktionelle Analyse auf zellulärer Ebene
      konnte allerdings keinen erhöhten Immunstatus der APC bei
      aktiven Pemphigus-Patienten nachweisen, jedoch zeigten sich
      bei diesen Patienten erhöhte Plasmaspiegel des
      entzündungsfördernden Tumornekrosefaktors-α (TNF-α).
      Interessanterweise ergaben sich außerdem bei aktiven
      Pemphigus-Patienten erhöhte Plasmaspiegel des überwiegend
      immunregulatorischen Interleukin-27 (IL-27), das
      hauptsächlich von aktivierten APC produziert wird. Diese
      Beobachtung deutet auf eine entzündliche Funktion des IL-27
      beim Pemphigus hin. Bemerkenswerterweise ergab sich darüber
      hinaus bei Pemphigus-Patienten nicht nur eine signifikante
      Korrelation zwischen Serum-Autoantikörpern und den
      Plasmaspiegeln von IL-6 und TNF-α, sondern auch eine
      signifikante Korrelation zwischen IgG-Autoantikörpern und der
      Plasmakonzentration von IL-27. Die beobachteten, ebenfalls
      erhöhten Plasmaspiegel des IL-21, welches eine wesentliche
      Funktion in der B-Zell-Aktivierung innehat, weisen auf eine
      mögliche Aktivierung von IL-21–produzierenden follikulären
      Th-Zellen in Abhängigkeit von IL-27 hin. Schließlich wurde
      als weiteres auffälliges Ergebnis der Studie bei aktiven
      Pemphigus-Patienten eine deutliche Zunahme an
      inflammatorischen Th-17-Zellen sowie IL-10–sezernierenden
      Th-Zellen festgestellt. Ziel im zweiten Abschnitt dieser
      Dissertation war es, Dsg3-spezifische zelluläre und humorale
      Immunantworten in einem neuartigen human leukocyte antigen
      (HLA)-DRB1*04:02–transgenen PV-Mausmodell zu untersuchen
      unter der genetischen Restriktion von HLA-DRB1*04:02. Dieses
      Modell wird definiert durch die hohe Prävalenz bestimmter
      HLA-Klasse-II-Allele bei PV-Patienten wie HLA-DRB1*04:02,
      –DRB1*14:01, und –DQB1*05:03. Der enge Zusammenhang zwischen
      dem Vorkommen von PV und dem Auftreten spezifischer
      HLA-Klasse-II-Risikoallele ist ein Indiz für die wesentliche
      Funktion autoreaktiver CD4+ T-Zellen in der Pathogenese der
      Erkrankung. Zusammenfassend geht aus dieser
      tierexperimentellen Studie schlüssig hervor, dass sich die in
      PV-Patienten identifizierten Mechanismen der HLA-abhängigen
      und Dsg3-spezifischen Induktion von CD4+ T– und
      B-Zell-Antworten in diesem Modell wiederspiegeln.
      Entsprechend zeigte sich in der Entstehung Dsg3-spezifischer
      Antikörper eine direkte Abhängigkeit von der Aktivierung
      Dsg3-reaktiver CD4+ T Zellen. Die APC-vermittelte Aktivierung
      dieser T-Zellen unterlag wiederum der Erkennung von Epitopen
      der Dsg3-Ektodomäne, welche eine hohe Bindungsaffinität zu
      dem PV-assoziierten HLA-DRB1*04:02–Allel aufwiesen. Darüber
      hinaus erklärte eine nur geringe Kreuzreaktivität der
      Antikörper zwischen humanem und murinem Dsg3-Protein das
      Fehlen eines klinischen Phänotyps bei
      HLA-DRB1*04:02–transgenen Mäusen trotz wiederholter
      Immunisierung mit humanem Dsg3-Protein. Jedoch gab dieses
      PV-Mausmodell konsequent wieder, dass die Peptidbinde-Motive
      spezifischer PV-assoziierter HLA-Klasse-II-Allele eine
      wesentliche Rolle in der CD4+-T-Zell-vermittelten Induktion
      von Dsg3-reaktiven Antikörpern spielen. Dieses PV-Mausmodell
      stellt daher ein geeignetes Instrument dar, um zukünftig
      immunpathologische Mechanismen des PV in vivo unter
      Berücksichtigung der starken HLA-Klasse-II-Assoziation dieser
      Erkrankung zu untersuchen.
description: The rare, but potentially fatal
      autoimmune disorder pemphigus is considered as a prototypical
      antibody-mediated organ-specific disease, in which
      immunoglobulin (Ig) G autoantibodies (auto-ab) mainly target
      the desmosomal cadherins Desmoglein 3 (Dsg3) and Dsg1 within
      the epidermis. This process, referred to as acantholysis,
      manifests clinically with the formation of flaccid blisters
      and erosions of the skin and mucous membranes. Still to date,
      therapeutic intervention is predominantly limited to
      unspecific immunosuppression causing severe side effects and
      comorbidities. Although it has long been recognized that
      auto-ab crucially contribute to the pathology of pemphigus,
      the exact immunological events leading to the loss of
      self-tolerance have not yet been fully identified. Aim of the
      first part of this doctoral thesis was to investigate
      antigen-presenting cells (APC) and APC-derived cytokines, as
      well as their relation to T helper (Th) cell subsets and the
      auto-ab response in the pathogenesis of pemphigus. Therefore,
      blood samples were obtained from 34 pemphigus patients, of
      which twelve clinically well characterized patients with no
      or minimal intake of immunosuppressive agents were selected
      for comprehensive analysis. This study group consisted of
      nine pemphigus vulgaris (PV), as well as three pemphigus
      foliaceus (PF) patients who were categorized according to
      either active or remittent state of disease. A cohort of
      twelve patients suffering from the autoimmune muscle weakness
      myasthenia gravis (MG) served as a control for a further
      unrelated auto-ab–mediated organ-specific disorder.
      Concerning the APC compartment, a major finding was reduced
      circulating frequencies of both myeloid and plasmacytoid
      dendritic cells (mDC and pDC, respectively) in active
      pemphigus patients. In concordance with this observation,
      augmented surface expression of the C-C chemokine receptor 2
      (CCR2) of mDC suggest an increased migration activity to
      inflamed peripheral tissues, such as the skin. Similarly,
      active pemphigus patients displayed an upregulation of CCR2
      on blood CD14+ monocytes, as well as elevated numbers of
      circulating CD16+ monocytes with expansion of the
      nonclassical subset. However, functional analysis on the
      cellular level could not confirm an enhanced immunogenicity
      status of APC in active pemphigus patients, yet we found in
      these patients increased plasma levels of the proinflammatory
      tumor necrosis factor (TNF)-α. Interestingly, plasma
      concentrations of interleukin (IL)-27 known to exert
      primarily regulatory functions were also elevated in active
      pemphigus patients, pointing to a rather inflammatory role of
      IL-27 in disease pathogenesis. Strikingly, in pemphigus
      patients, a significant correlation was not only found
      between serum IgG auto-ab titers and plasma levels of both
      IL-6 and TNF-α, but also between auto-ab titers and plasma
      concentrations of IL-27. Furthermore, similarly augmented
      plasma levels of IL-21 playing a crucial role in B cell
      activation possibly indicate the mechanism of an
      IL-27–mediated activation of IL-21–producing Tfh cells.
      Finally, as a further major finding, we observed an increase
      of both Th17 cells and IL-10–secreting T cells in active
      pemphigus patients. Aim of the second part of this doctoral
      thesis was to investigate Dsg3-specific cellular and humoral
      immune responses in a novel human leukocyte antigen
      (HLA)-DRB1*04:02–transgenic (tg) mouse model of PV under the
      genetic restriction by HLA-DRB1*04:02. Rationale for the
      generation of this model is the high prevalence of distinct
      HLA class II alleles in PV patients, such as HLA-DRB1*04:02,
      –DRB1*14:01, and –DQB1*05:03. The occurrence of PV being
      associated with the presence of specific HLA class II alleles
      thereby reflects the high relevance of autoreactive CD4+ T
      cells in disease pathogenesis. In summary, this experimental
      study convincingly confirmed that the PV mouse model
      reproduces the principle mechanisms of HLA-dependent and
      human Dsg3-specific induction of CD4+ T and B cell responses
      observed in PV patients. Accordingly, the generation of
      Dsg3-reactive IgG antibody responses highly depended on prior
      activation of Dsg3-reactive CD4+ T cells. In turn,
      APC-mediated activation of T cells critically relied on the
      recognition of epitopes of the Dsg3 ectodomain, which
      displayed strong binding affinity to the PV-linked HLA class
      II allele HLA-DRB1*04:02. Furthermore, limited
      cross-reactivity of human Dsg3-specific IgG antibodies with
      the mouse analogue protein explained lack of the clinical
      phenotype of PV upon immunization of HLA-DRB1*04:02–tg mice
      with human Dsg3 protein. Yet, this model accurately reflects
      that polymorphisms of peptide-binding motifs of specific
      PV-related HLA-class II alleles tightly regulate CD4+ T
      cell-mediated induction of Dsg3-reactive IgG antibodies.
      Therefore, this novel mouse model represents a suitable tool
      for further investigations of the pathoimmunological
      mechanisms of PV in vivo considering the strong HLA class II
      association of this disease.