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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-57758
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2012/5775/


Analyse der funktionellen Relevanz unterschiedlicher Interleukin-7 Rezeptor Alpha Haplotypen für die Ätiologie und Pathogenese der Multiplen Sklerose

Jäger, Jan Christian

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SWD-Schlagwörter: Interleukin 7 , Multiple Sklerose , Haplotyp , Spleißen , T-Lymphozyt
Freie Schlagwörter (Deutsch): Interleukin-7 Rezeptor , Genomweite Assoziationsstudie
Basisklassifikation: 44.45
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Martin, Roland (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.03.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 27.07.2012
Kurzfassung auf Deutsch: Multiple Sklerose ist eine autoimmunvermittelte, inflammatorische und demyelinisierende Erkrankung des zentralen Nervensystems. Die Ursachen für die Erkrankung sind bisher weitestgehend unbekannt, aber es wird vermutet, dass MS von Faktoren ausgelöst wird, die zum Versagen der Immuntoleranz und zur Dysregulation der Immunhomeostase führen. Das Risiko MS zu entwickeln wird durch ein komplexes Zusammenspiel von genetischen Faktoren und Umweltfaktoren vermittelt. Der größte Teil des genetischen Risikos wird von der HLA (Human Leukocyte Antigen) Klasse II Region, vor allem den DRB1*15:01 und DRB5*01:01 Genen getragen. Genomweite Assoziationsstudien (GWAS) waren in der Lage, die Assoziation von unterschiedlichen nicht-HLA–Genen mit MS nachzuweisen. Eines von ihnen ist der Interleukin-7 Rezeptor Alpha (IL-7RA). Der Interleukin-7 Rezeptor ist essentiell für die Entwicklung und die Homeostase von T-Zellen in Menschen. Eine Vielzahl von Anhaltspunkten weist auf eine Assoziation zwischen dem Verhältnis von membrangebundenem zu löslichem IL-7RA kodierenden mRNA-Transkript und dem IL-7RA Haplotypen hin.
Das Ziel dieser Arbeit war es, die funktionelle Rolle der IL-7RA Haplotypen für die Pathogenese der MS zu untersuchen. Dafür wurden 484 MS-Patienten und 310 gesunde Kontrollen aus Hamburg für vier vorher beschriebene SNPs (single nucleotide polymorphisms) genotypisiert. Dabei wurde die Assoziation für den SNP rs6897932 bestätigt.
Die phänotypische Charakterisierung der IL-7RA Haplotypen wies leichte, haplotypabhängige Unterschiede in der Oberflächenexpression des IL-7RA auf unterschiedlichen Immunzellsubtypen auf. MS-Patienten, die Träger des protektiven Haplotypen sind, zeigten eine nicht-signifikant höhere IL-7RA Expression auf T-Zellen, natürlichen Killerzellen und dendritischen Zellen als Träger des Risikohaplotypen.
Die Genexpressionsanalyse unterschiedlicher IL-7RA Isoformen in homozygoten MS-Patienten zeigte eine signifikant höhere Expression des löslichen IL-7RA kodierenden Transkripts bei Trägern des Risikohaplotypen. Um die Ergebnisse auf der Proteinebene zu bestätigen, wurde ein IL-7RA ELISA etabliert. Das lösliche IL-7RA Level war im Serum von Patienten des Risikohaplotypen, verglichen mit dem von MS-Patienten des protektiven Haplotypen, signifikant erhöht.
Der lösliche IL-7RA reduziert die IL-7-vermittelte STAT5 Phosphorylierung in CD4+ T-Zellen. Zudem wurde ein inhibitorischer Effekt des löslichen IL-7RA auf die Proliferation demonstriert. Die Mikroarray-Analyse von drei IL-7RA Haplotypen zeigte eine nicht-signifikante, aber deutliche, haplotypabhängige, individuelle Gensignatur.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die IL-7RA Haplotypen einen starken Einfluss auf die IL-7RA Serumlevel haben und dadurch IL-7-vermittelte Signale sowie die Proliferation in T-Zellen beeinflussen. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse betonen aber auch den Bedarf an weiteren funktionellen Studien, um die Rolle des IL-7RA in der komplexen genetischen Architektur der MS zu verstehen.
Kurzfassung auf Englisch: Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune-mediated inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system. The causes of MS are still poorly understood, but it is assumed that MS is mediated by factors that lead to the loss of immune tolerance and the dysregulation of immune homeostasis. The risk to develop MS depends on a complex interplay of genetic and environmental factors. Most of the genetic risk is covered in the human leukocyte antigen (HLA) class two region, namely by DRB1*15:01 and DRB5*01:01 genes. Genome wide association studies (GWAS) were able to demonstrate the association of different non HLA-genes with MS. One of them is the interleukin-7 receptor alpha (IL-7RA). The interleukin 7 receptor (IL-7R) is essential for the development and homeostasis of T cells in humans. Compelling evidence indicates an association between IL-7RA haplotypes and the ratio of membrane bound to soluble IL-7RA encoding mRNA-transcript.
The aim of this work was to investigate the functional role of the IL-7RA haplotypes on the pathogenesis of MS. Therefore 484 MS patients and 310 healthy donors from Hamburg were genotyped for four previously described single nucleotide polymorphisms (SNP). Thereby the association of SNP rs6897932 with MS was confirmed.
The phenotypic characterisation of the IL-7RA haplotypes revealed slight, haplotype-dependent differences in the IL-7RA surface expression on different immune cell subtypes. MS patients carrying the protective haplotype showed a non-significantly higher IL-7RA expression on T-cells, natural killer cells and dendritic cells, than carriers of the risk haplotype.
The gene expression analysis of different IL-7RA isoforms in homozygous MS patients showed a significantly higher expression of transcripts encoding the soluble IL-7RA for carriers of the risk haplotype. To confirm these results on the level of protein expression a specific IL-7RA ELISA was established. Soluble IL-7RA level was significantly higher in serum from MS patients with the risk haplotype compared to MS patients with the protective haplotype.
Soluble IL-7RA significantly reduces IL-7-mediated STAT5 phosphorylation in CD4+ T cells. In addition an inhibitory effect of soluble IL-7RA on the proliferation was demonstrated. Microarray analysis of three IL-7RA haplotypes revealed a non significant but clearly haplotype-dependent, individual gene signature.
Altogether these results indicate that the IL-7RA haplotypes have a strong impact on the IL-7RA serum levels and thereby influence IL-7-mediated signalling and T cell proliferation. The knowledge gained from this study emphasises the need for further functional studies to understand the role of the IL-7RA in the complex genetic architecture of MS.

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