Antigenspezifische Toleranzinduktion im Tiermodell der Multiplen Sklerose: Untersuchung autoreaktiver T-Helferzellen mit MHC Klasse II-Tetrameren

Abstract

Die Experimentelle Autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) ist das Tiermodell der Multiplen Sklerose. Die EAE verläuft schubförmig und ist durch eine Entzündung gegen Myelinscheiden und Axone des Zentralen Nervensystem (ZNS) gekennzeichnet. Diese Entzündung verursacht schwere, aber reversible Lähmungen aller Extremitäten. Die wesentliche pathogene Zellpopulation in der EAE scheinen Myelin-spezifische CD4+-T Zellen mit einer Th1-Polarisierung zu sein. Die EAE kann in geeigneten Mausstämmen durch Immunisierung der Tiere mit Myelin-Komponenten im Freundschen Adjuvans ausgelöst werden. In der vorliegenden Arbeit wurden SJL-Mäuse gewählt, die mit einem Epitop (PLP139-151) des Proteolipidproteins immunisiert wurden. In dieser Arbeit wurden nun Mechanismen antigenspezifischer Immuntherapien untersucht. Hierfür wurden die Mäuse mit rekombinanten Invarianten Ketten, deren CLIP-Fragment durch das Epitop PLP139-151 ersetzt wurde, behandelt. Wie vor kurzem in unserer Arbeitsgruppe gezeigt wurde, kann mit diesen rekombinanten Invarianten Ketten (Ii-PLP) die EAE vollständig unterdrückt werden, wobei die zellulären Mechanismen dieser Immuntherapie bisher nicht untersucht wurden. Mit Hilfe der neu etablierten MHC Klasse II Tetramere konnten in der vorliegenden Arbeit autoreaktive CD4+-T Zellen in antigenspezifischer Weise untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit wurde auf diese Weise gezeigt, dass die Therapie mit Ii-PLP zur antigenspezifischen Deletion pathogener Th1-Zellen führt, während die im EAE-Modell protektiven Th2-Zellen in antigenspezifischer Weise aktiviert werden. Interessanterweise entgehen Myelin-spezifische CD4+CD25+-Regulatorische T-Zellen dem durch die Ii-PLP induzierten programmierten Zelltod. Effektor-T-Zellen und CD4+CD25+-Regulatorische T-Zellen unterscheiden sich folglich grundlegend hinsichtlich ihres Schwellenwertes für die Apoptoseinduktion. Dies hat zur Konsequenz, dass die Frequenz der CD4+CD25+-Regulatorischen T-Zellen in den drainierenden Lymphknoten durch die Therapie mit Ii-PLP ansteigt. Darüber hinaus wird die immunsuppressive Kapazität der CD4+CD25+-Regulatorischen T-Zellen während dieser Toleranzinduktion gestärkt, was durch eine gesteigerte Expression der Zytokine IL-10 und TGF-beta sowie der kostimulierenden Moleküle ICOS, BTLA und Tim3 deutlich wird. Somit kommt es während der Toleranzinduktion mit Ii-PLP zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes pathogener Effektor-T-Zellen und CD4+CD25+-Regulatorischer T-Zellen in antigenspezifischer Weise. Diese Befunde liefern grundsätzliche neue Erkenntnisse über die Physiologie autoreaktiver T-Lymphozyten. Sie sind von Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapieansätze, die darauf abzielen, das Gleichgewicht zwischen Effektor-T-Zellen und Regulatorischen T-Zellen zu beeinflussen um spezifische Immunantworten abzuschwächen oder zu verstärken. Dies spielt eine Rolle für die Behandlung von Infektionen, Tumoren oder Autoimmunerkrankungen wie die MS.

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is the animal model of multiple sclerosis. EAE is a relapsing-remitting disease which is characterized by inflammatory destructions of myelin and axons of the central nervous system. These inflammatory destructions lead to severe but reversible paralysis of all limbs. The main pathogenic T cell population in EAE are most likely myelin-specific CD4+ T cells with a Th1-polarization. EAE can be induced in appropriate mouse strains by immunization with components of myelin in adjuvans. In the present study we were using SJL-mice, which were immunized with an epitop (PLP139-151) of the proteolipidprotein. The aim of the present study was to investigate mechanisms of antigen-specific immunotherapies. Therefore, mice were treated with recombinant invariant chains in which the CLIP-fragment was replaced by PLP139-151. It was shown recently that treatment with recombinant invariant chains (Ii-PLP) is sufficient to completely suppress the development of EAE. The cellular mechanisms underlying this immunosuppressive effect have not been investigated so far and are the topic of the present study. With recently established MHC class II tetramers we were able to investigate auto-reactive CD4+ T cells in an antigen-specific manner. In this way we could demonstrate in the present study that auto-reactive CD4+ T cells with a Th1-polarization get eliminated by apoptosis during treatment with Ii-PLP whereas protective Th2-cells get activated in an antigen-specific manner. Importantly, myelin-specific CD4+CD25+ regulatory T cells survive during treatment with Ii-PLP. Thus, effector T cells and regulatory T cells differ substantially in their threshold to apoptosis-induction by Ii-PLP with the consequence that the frequency of CD4+CD25+ regulatory T cells increases significantly in the draining lymph nodes during treatment. Moreover, the immunosuppressive capacity of CD4+CD25+ regulatory T cells gets enhanced by treatment with Ii-PLP. This is indicated by an increased expression of inhibitory cytokines IL-10 and TGF-beta as well as by an increased expression of the negative costimulatory molecules ICOS, BTLA and Tim3. Collectively, these data indicate that the immunosuppressive impact of Ii-PLP in EAE is achieved by restoring the pathological imbalance of pathogenic effector T cells populations and regulatory T cell populations. Our data provide new insight into the physiology of auto-reactive CD4+ T cells and self-specific regulatory T cells. These data are important for the design of new therapies with the aim of restoring disturbed balances of effector and regulatory T cells in autoimmune diseases, allergy or transplantation medicine.