title: The Role of Macrophages during Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation
title: Die Rolle von Makrophagen während der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation
Creators: name: Flamann, Cindy
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 0
Subjects: subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 570 Biowissenschaften; Biologie

description: Graft-versus-Host Disease (GvHD) is a serious complication and occurs frequently after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (aHSCT). It is mainly characterized by over-exaggerated inflammatory responses in multiple organs. One major obstacle in GvHD therapy is to resolute uncontrolled inflammation while preserving anti-tumoral Graft-versus-Leukemia (GvL) effects. Elimination of apoptotic material and inflammatory immune cells by phagocytosis contributes to termination of inflammatory processes. However, the role of macrophages or rather phagocytosis in GvHD remains largely unexplored. The balance of “don’t eat me” and “eat me”-expression is a decisive factor for phagocytosis of immunological cells. Thus, inhibitory CD47-SIRPα pathway functions as a „don’t eat me” signal and might be a potential target in GvHD therapy. Studies have already shown that CD47 overexpression does not only correlate with worse overall survival of tumor patients, but also plays an important role in autoimmune diseases. Our investigations should uncover the role of CD47 and therefore phagocytosis in GvHD. The modulation of CD47 expression, which might enhance phagocytosis of alloreactive T cells, was of particular interest. In this PhD thesis, we could show elevated CD47 expression on T cells of the gastrointestinal tract in GvHD patients as well as in a GvHD mouse model. After observing an upregulation of CD47 on T cells upon activation, we uncovered impaired phagocytosis of those activated T cells in vitro. One part of the present thesis could reveal vitamin D3-mediated reduction of CD47 expression on T cells in vitro. Thereby activated T cells could be increasingly phagocytosed in turn by human monocyte-derived macrophages (HMDMs). An additional aim of the project was the identification of a potential regulation mechanism, by which vitamin D3 could modulate CD47 expression on activated T cells. Here we identified Nuclear Factor kappa B (NFκB) as possible, interconnected signaling pathway. Translocation of NFκB into the nucleus and thereby the transcription of CD47 was found to be inhibited by vitamin D3 at least in activated T cells. In another part of this thesis, in vitro application of a blocking anti-CD47-IgG2σ antibody increased significantly phagocytosis of activated T cells. In vivo administration of anti-CD47-IgG2σ in a GvHD mouse model (FVB/NCrl to B6A/J) led to reduced serum levels of inflammatory cytokines, whereas anti-inflammatory cytokines were increased. In summary, these results indicate that reduced phagocytosis of alloreactive T cells is mediated by amplified CD47-SIRPα signaling after aHSCT. This impaired phagocytosis might be one of the reasons for persisting inflammation in GvHD patients. Treatment with vitamin D3 or anti-CD47 antibody could amend phagocytosis of alloreactive T cells and thereby facilitating resolution of inflammation. This sheds new light on investigative approaches within the field of GvHD therapy.
description: Die Graft-versus-Host Disease (GvHD) ist eine häufig auftretende und schwerwiegende Komplikation nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (allo-HSZT). Sie ist durch eine stark überschießende, inflammatorische Immunreaktion in mehreren Organen charakterisiert. Bei der GvHD-Therapie wird die Termination der unkontrollierten Inflammation angestrebt, wobei gleichzeitig der anti-tumorale Graft-versus-Leukemia (GvL)-Effekt aufrechterhalten werden muss. Zur Eindämmung inflammatorischer Prozesse trägt unter anderem die Beseitigung von apoptotischem Material sowie inflammatorischen Immunzellen durch Phagozytose bei. Jedoch bleibt die Rolle der Phagozytose bzw. Makrophagen bei der GvHD bisher weitgehend unerforscht. Da die Balance der Expression von sog. „don’t eat me“- und „eat me“-Signalen auf immunologischen Zellen über deren Phagozytose entscheidet, könnte der inhibitorische CD47-SIRPα (Signal regulatory protein α) Signalweg als „don’t eat me“-Signal ein potentielles Ziel der GvHD-Therapie sein. Einige Studien zeigten bereits, dass die Überexpression von CD47 nicht nur mit einem schlechteren Gesamtüberleben von Tumorpatienten korreliert, sondern auch bei Autoimmunkrankheiten eine Rolle spielt. Basierend darauf sollten nun weitere Untersuchungen Aufschluss darüber geben, welche Rolle CD47 und damit auch die Phagozytose bei der GvHD spielen. Insbesondere sollte analysiert werden, inwiefern die CD47-Expression moduliert werden könnte, um dadurch die Phagozytose von alloreaktiven T-Zellen zu fördern. In der vorliegenden Arbeit konnte sowohl bei GvHD-Patienten als auch im GvHD-Mausmodell eine erhöhte CD47-Expression auf T-Zellen im gastrointestinalen (GI)- Trakt nachgewiesen werden. Aktivierte T-Zellen inhibierten die Phagozytose aufgrund der Hochregulation von CD47 in vitro. In einem Teil der Arbeit konnte die erhöhte CD47-Expression durch eine Vitamin D3-Behandlung in vitro reduziert werden, wodurch verstärkt aktivierte T-Zellen durch humane Monozyten-abgeleiteten Makrophagen (HMDMs) phagozytiert werden konnten. Zudem wurde nach einem Regulationsmechanismus gesucht, durch welchen Vitamin D3 die CD47-Expression auf aktivierten T-Zellen regulieren könnte. Hierbei wurde der nukleäre Faktor kappa B (NFκB) als potentieller, zwischengeschalteter Signalweg identifiziert. Es wurde beobachtet, dass Vitamin D3 die Translokation von NFκB in den Nukleus und damit auch die Transkription von CD47 in zumindest aktivierten T-Zellen inhibierte. Im anderen Teil der Arbeit konnte durch die Verwendung eines blockierenden anti-CD47-IgG2σ Antikörpers in vitro eine deutlich höhere Phagozytose von aktivierten T-Zellen erzielt werden. Die Verabreichung von anti-CD47-IgG2σ im GvHD-Mausmodell zeigte unter anderem in vivo reduzierte Serumspiegel von inflammatorischen Zytokinen, während anti-inflammatorische Zytokine erhöht waren. Zusammenfassend implizieren diese Ergebnisse, dass die Eliminierung von alloreaktiven T-Zellen aufgrund der erhöhten CD47-Expression verhindert wird und dadurch zur persistierenden Inflammation in GvHD-Patienten beiträgt. Die Behandlung mit Vitamin D3 oder anti-CD47 Antikörper könnte die beeinträchtigte Phagozytose der alloreaktiven T-Zellen revidieren und damit die Resolution der Inflammation fördern. Dies eröffnet neue investigative Ansätze im Rahmen der GvHD-Therapie.