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Titel: The Role of Type 2 Innate Lymphoid Cells in the Pathogenesis of Liver Inflammation
Sonstige Titel: Die Rolle von angeborenen Lymphozyten Typ 2 in der Pathogenese von Leberentzündung
Sprache: Englisch
Autor*in: Steinmann, Silja Franziska Katharina
Schlagwörter: angeborene Lymphozyten; Con-A; Leberentzündung; autoimmun; ILC2; immune-mediated; ILC
GND-Schlagwörter: Entzündung; Lymphozyt; Hepatitis
Erscheinungsdatum: 2019
Tag der mündlichen Prüfung: 2019-12-09
Zusammenfassung: 
As newly identified players in type 2 immunity type 2 innate lymphoid cells (ILC2s) play an influential role in the pathogenesis of liver inflammation. In the model of Concanavalin A (Con A)-mediated hepatitis, a murine model for autoimmune hepatitis, ILC2s were shown to facilitate a strong proinflammatory effect. This study addressed the mechanisms how ILC2s exert their proinflammatory function and how they are regulated in liver inflammation. As ILC2s are highly influenced by environmental factors, this study characterized the phenotype of hepatic ILC2s in homeostasis and upon contact with liver inflammation-induced cytokines. Furthermore, their ability to interact with CD4+ T cells, the main players of Con A-induced hepatitis, was investigated.
Flowcytometry analysis revealed that ILC2s are present in healthy C57Bl/6 mice but constitute only a small proportion of the hepatic leukocytes. In Con A-mediated hepatitis, mRNA analysis showed that the cytokines interleukin (IL)-33, interferon (IFN)γ and IL-12 were strongly induced in the hepatic tissue. As these cytokines were all described to have opposing effects on ILC2 phenotype and function, their influence on hepatic ILC2s was investigated. IL-12 was found to neither modulate the phenotype of hepatic ILC2s, nor to modulate the effects of IL-33 and IFNγ on ILC2s. IL-33, by contrast, was confirmed as a potent activator of hepatic ILC2s in vivo and in vitro. In in-vitro cultures, IL-33-activated ILC2s expanded greatly and flow cytometry analysis of the cells as well as ELISA-based analysis of their culture supernatants showed hepatic ILC2s to produce mainly, but not exclusively, the type two cytokines IL-5 and IL-13. Moreover, hepatic ILC2s were shown to be sources of IL-6 and tumor necrosis factor (TNF) α, which further enable proinflammatory effects in the hepatic tissue. Furthermore, IL-33-activated hepatic ILC2s also expressed the cytokines IL-9, IL-10 and IL-22. In contrast, IFNγ was shown to suppress proliferation and cytokine secretion of hepatic ILC2s in vitro. Importantly, IL-33 abrogated the suppressing effect of IFNγ, therefore explaining why hepatic ILC2s make an impact in the IFNγ-driven disease of Con A-mediated hepatitis. IL-33-mediated activation of hepatic ILC2s was associated with high expression of surface molecules enabling cell-cell interactions, such as major histocompatibility complex (MHC) class II, inducible T-cell costimulator (ICOS), OX-40, its ligand OX-40-L, PD-1 and its ligand PD-L1. With focus of MHC class II, the ability of antigen-specific activation of CD4+ T cells by hepatic ILC2s was investigated in co-cultures of transgenic Ovalbumin (OVA)-specific CD4+ T cells and hepatic ILC2s in the presence of the antigen OVA peptide. Hepatic ILC2s presented OVA to CD4+ T cells and this antigen-specific interaction resulted in activation and proliferation of both cell types and a powerful ILC2-derived type 2 cytokine response displayed in IL-5 and IL-13 production. Here, also proinflammatory cytokines such as IL-6, TNFα, IFNγ and the anti-inflammatory cytokine IL-10 were produced upon antigen-specific interaction of CD4+ T cells and hepatic ILC2s.
Therefore, this study shows (1.) the effects of liver inflammation-induced cytokines on hepatic ILC2s enabling activation and cytokine production (2.) hepatic ILC2s to be sufficient producers of type 2 cytokines upon IL-33-mediated and antigen-specific activation, (3.) ILC2s to produce cytokines, which enable orchestration of the immune response and mediation of both hepato-destructive and protective effects, (4.) ILC2s to be capable of MHC class II-mediated antigen-specific interaction with CD4+ T cells resulting in activation of these effector cells and a powerful cytokine response.
In this way, ILC2s were shown to be highly influenced by environmental cytokines but vice versa are also able shape the hepatic microenvironment and immune responses upon an inflammatory stimulus, hereby birding innate and adaptive immunity in hepatic tissues.

Als jüngst identifizierte Vertreter der Typ 2 Immunantwort nehmen angeborene Lymphozyten der Gruppe 2 (ILC2s) auch in der Pathogenese der Leberentzündung eine Rolle ein. In dem Model der Concanavalin A (Con A)-induzierte Leberentzündung, einem Mausmodel für autoimmune Hepatitis, zeigten ILC2s eine starke proinflammatorische Wirkung. Diese Studie adressiert die Mechanismen der proinflammatorischen Effektorfunktion von ILC2s und deren Regulation bei Leberentzündung. Da ILC2s stark von den sie umgebenden Botenstoffen beeinflusst werden, wurde der Phänotyp von hepatische ILC2s in Homöostase wie auch dessen Veränderungen bei Kontakt mit Zytokinen, welche in der Leberentzündung auftreten, näher charakterisiert. Desweitern wurde die Interaktion von ILC2s mit den Hauptakteuren der Con A-induzierten Hepatitis, CD4+ T Zellen, untersucht.
In dieser Studie konnte mittels Durchflusszytometrie gezeigt werden, das hepatische ILC2s auch unter physiologischen Bedingungen in der Leber von C57Bl/6-Mäusen vorhanden sind, dort aber nur einen sehr kleinen Anteil der hepatischen Leukozyten ausmachen. In Con A-induzierter Hepatitis zeigten mRNA-Analysen, dass die Zytokine Interleukin (IL)-33, Interferon (IFN)γ und IL-12 im Lebergewebe induziert werden. Da sowohl IL-33 als auch IFNγ und IL-12 unterschiedlichste Effekte auf ILC2s haben können, wurde untersucht, inwiefern der Phänotyp von hepatischen ILC2s von diesen beeinflusst werden kann. Hierbei zeigte das Zytokin IL-12 weder einen Einfluss auf den Phänotyp von ILC2s noch modulierte es die Effekte von IL-33 oder IFNγ auf diese. Dahingegen konnte IL-33 als potenter Aktivator von ILC2s in vivo und in vitro bestätigt werden. In in-vitro Kulturen proliferierten ILC2s durch IL-33 Aktivierung stark und sowohl die Analyse der Zellen selbst mittels Durchflusszytometrie, als auch ELISA-basierte Analyse der Kulturüberstände zeigten eine potente Sekretion der Typ 2 Zytokine IL-5 und IL-13. Darüber hinaus produzierten ILC2s nach Aktivierung durch
IL-33 die proinflammatorischen Zytokine IL-6 und Tumornekrosefaktor (TNF) α, aber auch IL-9, IL-10 und IL-22, welche diverse immunmodulatorische Effekte haben können. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, dass IFNγ die Proliferation und die Zytokinantwort von hepatischen ILC2s hemmt. IL-33 ist jedoch in der Lage den suppressiven Effekt von IFNγ aufzuheben. Dies erklärt, warum ILC2s in der von IFNγ geprägten Erkrankung der Con A-induzierten Hepatitis eine wichtige Effektorfunktion übernehmen können.
Die Aktivierung von hepatischen ILC2s war mit der Expression von Oberflächenmarkern assoziiert, die Zell-Zell-Interaktionen ermöglichen. Dazu gehörte die Expression des Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) Klasse II, induzierbaren T-Zell Co-Stimulators (ICOS), OX-40, sowie dessen Liganden OX-40-L, PD-1 und dessen Liganden PD-L1. Mit Fokus auf das Oberflächenmolekül MHC Klasse II wurde die Fähigkeit von hepatischen ILC2s zur antigenspezifischen Aktivierung von CD4+ T Zellen untersucht. Hierfür wurden transgene Ovalbumin (OVA)-spezifische CD4+ T Zellen mit hepatischen ILC2s in Präsenz des OVA Peptids kultiviert und deren Phänotyp untersucht. Hepatische ILC2s präsentierten das Antigen OVA CD4+ T Zellen und diese antigenspezifische Interaktion führte zur Aktivierung und Proliferation von beiden Zelltypen, ebenso wie einer starke Typ 2 Immunantwort durch ILC2s durch die Produktion Zytokine IL-5 und IL-13. Aber auch andere proinflammatorische Zytokine wie IL-6, TNFα, IFNγ und das antiinflammatorisch IL-10 wurden produziert.
Zusammenfassend zeigt diese Studie (1.) den Einfluss von den Zytokinen der Leberentzündung auf hepatische ILC2s, welcher zur Aktivierung und Zytokinproduktion führen kann, (2.) durch IL-33 aktivierte hepatische ILC2s als potente Produzenten von Typ 2 Zytokinen, (3.) ein weitgefächerteres Zytokinexpressionmuster von ILC2s nach IL-33- Aktivierung oder antigenspezifische Interaktion mit CD4+ T Zellen, als bisher beschrieben, welches den proinflammatorischen Charakter dieser Zellen weiter stützt, aber auch weitere immunmodulatorische und gewebsregenative Aufgaben ermöglicht, (4.) MHC Klasse II-vermittelte antigen-spezifische Interaktion mit CD4+ T-Zellen, welche zur Aktivierung beider Zelltypen und einer suffizienten Immunantwort führt und so ihrerseits wiederum in der Lage ist das Milieu der unmittelbaren Umgebung sowie Immunantworten zu beeinflussen. So konnte gezeigt werden, auf welche Weise ILC2s als potente Effektorzellen in der Leberentzündung fungieren und eine wichtige Brücke zwischen angeborenem und erworbenem Immunsystem darstellen können.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/6168
URN: urn:nbn:de:gbv:18-102463
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Tiegs, Gisa (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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