Die Rolle von zellulären und molekularen Faktoren bei der serum-induzierten Arthritis

Das K/BxN Serum-induzierte Arthritis Modell ist ein einzigartiges Modell um Gelenkentzündungen, welche unabhängig von den für die Autoantikörper-Produktion notwendigen autoimmunen Mechanismen entstehen, zu studieren. Intraperitoneale Injektionen von Seren von an Arthritis erkrankten K/BxN Mäusen enthalten anti-Glukose-6-Phosphat Isomerase (GPI) Antikörper und induzieren Arthritis in Mausstämmen, wie z.B. Balb/c oder C57/Bl6, die empfänglich für diese Erkrankung sind. Die Erkrankung ist T- und B- Zell unabhängig. In dieser Dissertation wurden die zellulären und molekularen Akteure in den entzündlichen Prozessen des K/BxN Serum-induzierten Arthritis Modells untersucht.Es konnte gezeigt werden, dass Neutrophile und Mastzellen essentiell für die Initiation der Krankheit in diesem Arthritis Modell sind. Desweiteren schützt die periphere Depletion von Makrophagen mittels liposomalem Chlodronat Mäuse vollständig vor einer Erkrankung. Die im Blut befindlichen Monozyten exprimieren Fcγ Rezeptoren und werden durch Immunkomplexe aktiviert. Während der initialen Phase der Erkrankung findet man - im Gegensatz zur unreifen Ly6Chi Monozyten Subpopulation - erhöhte Mengen der reifen Ly6Clow Monozyten. Die Behandlung mit liposomalem Chlodronat, die die Mäuse vor Ausbruch der Erkrankung an Arthritis schützt, depletierte das Blut von der Ly6Clow Monozyten Subpopulation, während die Ly6Chi Subpopulation unbetroffen davon war. Eine vergleichbare Behandlung mit liposomalem Chlodronat, die jedoch nach Krankheitsbeginn erfolgte, schützte die Mäuse hingegen nicht. Diese Daten deuten auf eine mögliche Rolle der Ly6Clow Subpopulation in der Initiation der Entzündung hin. Auf der anderen Seite scheinen die Ly6Chi Monozyten in der chronischen Phase der Erkrankung involviert zu sein. Weiterhin wurde die Rolle des Wiskott Aldrich Syndrome Proteins (WASP) bei dieser Entzündung untersucht, wobei sich jedoch zeigte, dass WASP hier keine Rolle bei der Migration von Makrophagen und Neutrophilen spielt.Weiterhin wurde ein neues Modell der K/BxN Serum-induzierten Arthritis entwickelt, in dem die Seren direkt in das Kniegelenk injiziert wurden. Dieses Modell ist notwendig, um die Rolle zellulärer and molekularer Mediatoren in den Gelenken, unabhängig von systemischen Faktoren, zu untersuchen und kann von nun an zur Untersuchung der Pathogenese der Arthritis im Gelenk verwendet werden. Desweiteren wurde untersucht, welche Rolle der STAT1 Transkriptionsfaktor bei Arthritis spielt. Ziel war es, den Effekt von IFN-γ und anderen Zytokinen, die ihre Wirkung durch den JAK/STAT Signaltransduktionsweg erzielen, auf Makrophagen und Fibroblasten im Synovium zu studieren. Eine Erkrankung der Mäuse konnte durch STAT1 Decoy -Oligo-Desoxynukleotide (ODN) nicht verhindert werden, was darauf hindeutet, dass IFN-γ über einen alternativen Weg agiert.Matrix Metalloproteasen (MMP) spielen eine wichtige Rolle bei Gewebezerstörung und umbildung in der Arthritis. Aus diesem Grund wurde die Expression von MMP-9 und MMP-2 im Verlauf der Arthritis-Erkrankung im Fussgelenk von Balb/c Mäusen untersucht. Fussknöchelhomogenate von Mäusen, die an Arthritis erkrankt waren, zeigten mittels Zymogram-Analyse, dass MMP-9 eine erhöhte Expression zu Beginn der Erkrankung aufwies, was auf eine bedeutende Rolle dieser MMP für die Initiation der Krankheit hindeutet. MMP-2 dagegen zeigte keinen deutlichen Aktivitätsanstieg. Ein weiterer Hinweis auf eine Schlüsselrolle von MMP-9 war, dass MMP-9 knock-out Mäuse, die mit K/BxN Seren injiziert worden waren, eine schwächere Ausprägung der Krankheit aufwiesen. Transgene Mäuse, denen die Rezeptoren für Interleukin-12 und Histamin (H1 und H2) fehlten, zeigten keine positive Korrelation in der Pathogenese der Serum-induzierten Arthritis.Bislang konzentrierten sich die Studien der Pathogenese im K/BxN Modell der Arthritis auf Knochen- und Knorpelzerstörung. Die Krankheit wurde nicht im periartikulären Gewebe, beispielsweise Muskeln und Sehnen, studiert. In vorliegender Studie konnten pathologische Veränderungen in periartikulären Geweben dokumentiert werden. Dem entzündlichen Prozess im Synovial-Gewebe scheint eine periosteale Inflammation und endomysiale Infiltration des Muskels voranzugehen. In der chronischen Phase der Erkrankung kommt zusätzliches periosteales Knochenwachstum hinzu. Das Auftreten von Knochenerosion entlang des Periosteums und Entzündungen von Muskeln und Sehnen, sogar vor der synovialen Proliferation bzw. Knochen- und Knorpelzerstörung, weist auf eine mögliche Rolle von GPI Autoantikörpern in der Deregulation des Knochenmetabolismus` hin. Daher kann eine regulatorische Rolle der GPI Autoantikörper angenommen werden, welche die frühe Knochenzerstörung und Sehnenentzündung vermittelt, was eine Infiltration von Immunzellen wie Neutrophilen und Makrophagen beinhaltet und zur vollständigen Zerstörung des Gelenks führt. Es bedarf weiterer Studien mit GPI Antikörpern, um diese Hypothese zu untermauern

Matrix Metalloproteinase MMP-9 Promotes K/BxN Serum Induced Arthritis in Mice

Matrix metalloproteinases (MMPs) are matrix-degrading enzymes that are over-expressed in joints of rheumatoid arthritis (RA) patients. However, the contribution of specific MMPs for the development of arthritic joints is unknown. This study is aimed at studying the role of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) in mice, using the K/BxN serum-transfer model of RA. Arthritis was induced in Balb/c mice by injecting K/BxN serum. Development of arthritis was followed in these mice by measuring ankle thickness and clinical index score. MMP-9 expression in the joints of mice killed at various time points during the disease progression was determined by gelatin zymography using ankle lysates. We found that MMP-9 expression increased with the severity of arthritis. Importantly MMP-9 deficient mice injected with K/BxN serum showed a milder form of arthritis in comparison to the control C57BL/6 mice injected with K/BxN serum. We therefore conclude that MMP-9 promotes arthritis in mice

Transgene expression in various organs post BM-HSC transplantation

Gene therapy mediated by bone marrow-derived hematopoietic stem cells (BM-HSC) has been widely used in treating genetic deficiencies in both pre-clinical and clinical settings. Using mitotically inactive cell-targeting lentivirus with separate promoters for our gene of interest (the murine MHC class II (MHCII) chaperone, invariant chain (Ii)) and a GFP reporter, we monitored the expression and function of introduced Ii in various types of professional antigen presenting cells (B cells, macrophages and DC) from different organs (spleen, pancreatic lymph nodes (PLN), BM and blood). Ii and GFP were detected. Ii levels correlated with GFP levels only in macrophages and monocytes from spleen, monocytes from PLN and macrophage precursors from blood. By cell type, Ii levels in PLN cells were more similar to those in spleen cells than to those in blood or BM cells. Functionally, Ii expressed in PLN or spleen had more effect on MHCII abundance than Ii expressed in BM or blood. The results have implications for analysis of the outcomes of gene therapy when both therapeutic and reporter genes are introduced. The findings also have implications for understanding the development of immune molecule function

Collagenase-3 (MMP-13) deficiency protects C57BL/6 mice from antibody-induced arthritis

Introduction: Matrix metalloproteinases (MMPs) are important in tissue remodelling. Here we investigate the role of collagenase-3 (MMP-13) in antibody-induced arthritis. Methods: For this study we employed the K/BxN serum-induced arthritis model. Arthritis was induced in C57BL/6 wild type (WT) and MMP-13-deficient (MMP-13–/–) mice by intraperitoneal injection of 200 μl of K/BxN serum. Arthritis was assessed by measuring the ankle swelling. During the course of the experiments, mice were sacrificed every second day for histological examination of the ankle joints. Ankle sections were evaluated histologically for infiltration of inflammatory cells, pannus tissue formation and bone/cartilage destruction. Semi-quantitative PCR was used to determine MMP-13 expression levels in ankle joints of untreated and K/BxN serum-injected mice. Results: This study shows that MMP-13 is a regulator of inflammation. We observed increased expression of MMP-13 in ankle joints of WT mice during K/BxN serum-induced arthritis and both K/BxN serum-treated WT and MMP-13–/– mice developed progressive arthritis with a similar onset. However, MMP-13–/– mice showed significantly reduced disease over the whole arthritic period. Ankle joints of WT mice showed severe joint destruction with extensive inflammation and erosion of cartilage and bone. In contrast, MMP-13–/– mice displayed significantly decreased severity of arthritis (50% to 60%) as analyzed by clinical and histological scoring methods. Conclusions: MMP-13 deficiency acts to suppress the local inflammatory responses. Therefore, MMP-13 has a role in the pathogenesis of arthritis, suggesting MMP-13 is a potential therapeutic target

Lower percentage of thymic Tcon from young recipients.

<p>A. Representative FACS data of thymic Tcon and Treg distribution of one older rapid progressor (as older) and that of one young resistant (as young). B. Representative FACS data showed the proliferation level of thymic Tcon (top panels) and Treg (bottom panels) of one older rapid progressor (as older) and one young resistant (as young). C. Statistical analyses of the percentage and proliferation of thymic Tcon and Treg from older rapid progressors (as older, n = 6) vs. young resistants (as young, n = 5). For panel C, unpaired 2-tailed T test was applied. Only the difference in percentage of thymic Tcon between young resistants and older rapid progressors was statistically significant at P <0.05.</p

Immunological Basis for Rapid Progression of Diabetes in Older NOD Mouse Recipients Post BM-HSC Transplantation

<div><p>Type I diabetes (T1D), mediated by autoreactive T cell destruction of insulin-producing islet beta cells, has been treated with bone marrow-derived hematopoietic stem cell (BM-HSC) transplantation. Older non-obese diabetic (NOD) mice recipients (3m, at disease-onset stage) receiving syngeneic BM-HSC progressed more rapidly to end-stage diabetes post-transplantation than younger recipients (4-6w, at disease-initiation stage). FACS analyses showed a higher percentage and absolute number of regulatory T cells (Treg) and lower proportion of proliferating T conventional cells (Tcon) in pancreatic lymph nodes from the resistant mice among the younger recipients compared to the rapid progressors among the older recipients. Treg distribution in spleen, mesenteric lymph nodes (MLN), blood and thymus between the two groups was similar. However, the percentage of thymic Tcon and the proliferation of Tcon in MLN and blood were lower in the young resistants. These results suggest recipient age and associated disease stage as a variable to consider in BM-HSC transplantation for treating T1D.</p></div