Regulation der Immunantwort durch CREMalpha

Ohl, Kim Karena; Fischer, Rainer; Tenbrock, Klaus

doi:999910310814

Regulation der Immunantwort durch CREMalpha = Regulation of the immune response by CREMalpha

Ohl, Kim Karena^RWTH*

2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Kim Karena Ohl

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangX, 91 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Tenbrock, Klaus (Thesis advisor)^RWTH* ; Fischer, Rainer (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-04-27

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-41784
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/82897/files/4178.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Autoimmunität (Genormte SW) ; T-Lymphozyt (Genormte SW) ; Systemischer Erythematodes (Genormte SW) ; Transkriptionsfaktor (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; autoimmunity (frei) ; T lymphocyt (frei) ; systemic lupus erythematosus (frei) ; transcription factor (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
SLE (systemischer Lupus erythematodes) ist eine schwere Autoimmunerkrankung, die nahezu alle Organe des menschlichen Körpers befallen kann und deren therapeutische Behandlung nach wie vor problematisch ist. T-Zellen leisten einen entscheidenden Beitrag zur Pathogenese der Erkrankung. Ein Transkriptionsfaktor, der verstärkt in T-Zellen dieser Patienten exprimiert wird und zu einer aberranten Funktion der T-Zellen im Krankheitsbild des SLE beiträgt ist, cAMP response element modulator (CREM)alpha. In der vorliegenden Arbeit konnte die Funktion von CREMalpha in T-Zellen mittels detaillierter in vivo und in vitro Studien analysiert werden. Mit Hilfe eines murinen Lupus Modells (fas-/- Maus) wurden Auswirkungen einer T-Zell spe-zifischen Überexpression von CREMalpha auf die Pathogenese einer Autoimmunerkrankung studiert. Hierzu wurde eine fas-/- Maus mit T-Zell spezifischer Überexpression von CREMalpha erzeugt (fas-/- CREM TG). Überexpression von CREMalpha in diesem Modell verursachte einen drastischen Phänotyp, der sich in einer verstärkten Lymphadenopathie und Splenomegalie und einer verkürzten Lebenserwartung der fas-/- CREM TG Mäuse im Vergleich zu fas-/- Mäusen ohne CREMalpha Überexpression äußerte. Auf T-zellulärer Ebene wiesen fas-/- CREM TG Mäuse eine verstärkte Expansion doppelt-negativer T-Zellen (CD3+CD4-CD8-, DNTs) und eine Reduktion der regulatorischen T-Zellen (Tregs) auf, während die Menge IL-17 und IL-21 sezernierender Zellen erhöht war. Somit konnte die funktionelle Bedeutung von CREMalpha für eine Autoimmunerkrankung erstmalig in vivo nachgewiesen werden. In weiteren Analysen, die unabhängig von fas in Mäusen mit einer T Zell spezifischen Über-expression von CREMalpha (CREM TG) und CREM defizienten Mäusen (CREM-/-) durchgeführt wurden, wurde der Einfluss von CREMalpha auf Treg und Th17 Zellen untersucht. In in vitro Differenzierungs-Experimenten zeigte sich, dass T-Zellen aus CREM TG Mäusen eine verringerte Neigung aufwiesen, in Tregs zu differenzieren im Vergleich zu WT T-Zellen. Im Gegensatz hierzu wiesen CREM defiziente T-Zellen ein gesteigertes Differenzierungspotential zu Tregs auf. CREM defiziente Tregs zeichneten sich außerdem durch eine verstärkte Suppressivität aus, sowohl in in vitro Suppressionsassays als auch in vivo im Mausmodell einer Transferkolitis. Mittels Koimmunpräzipitation konnte im Verlauf dieser Arbeit eine spezifische Interaktion zwischen CREM und FoxP3 in Tregs identifiziert werden. Außerdem wurden Microarray Analysen durchgeführt, mit deren Hilfe es gelang, mehrere Gene zu identifizieren, die wahrscheinlich in Tregs durch CREMalpha reguliert werden. In weiteren in vitro Differenzierungs-Experimenten wurde die Bedeutung von CREMalpha für Th17 Zellen untersucht. Während es bei CREM TG T-Zellen zu einer verstärkten Th17 In-duktion kam, war diese in CREM-/- T-Zellen im Vergleich zu WT T-Zellen deutlich vermindert. Die verstärkte Th17 Antwort infolge einer CREM Überexpression wurde in vivo in zwei Kolitis-Modellen funktionell belegt. Mittels CHIP Analysen konnte eine direkte Bindung von CREMalpha an den IL-17a Promotor als ein bedeutsamer Mechanismus für die IL17 Induktion identifiziert werden. Somit konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmalig eine Relevanz von CREMalpha für Tregs und für die IL-17 und IL-21 exprimierenden Th17 Zellen aufgedeckt werden. Desweiteren wurde der Einfluss von CREMalpha auf follikuläre T-Helferzellen (Tfhs) und B-Zell Antworten untersucht. Überexpression von CREMalpha in fas-/- Mäusen verursachte ein verstärktes Auftreten von Tfhs und Keimzentren (germinal center, GC)-B-Zellen sowie erhöhte Spiegel von anti-Doppelstrang-DNA Antikörpern (anti-dsDNA Antikörper) im Serum dieser Tiere. Außerdem zeigten immunisierte CREM TG Tiere im Vergleich zum WT eine höhere Menge von Tfhs, GC-B-Zellen und spezifischen Immunglobulinen (IgGs) im Serum. Dies bedeutet, dass CREMalpha über die T-Zell Pathophysiologie hinaus, auch von großer Relevanz für die B-Zellaktivität ist. Insgesamt liefert die vorliegende Arbeit Evidenzen dafür, dass eine erhöhte Expression von CREMalpha von pathogener Bedeutung in vivo ist und damit die Expression von CREM beim humanen SLE keine Epiphänomen darstellt. Darüber hinaus konnte CREM auf molekularer Ebene als Transkriptionsfaktor identifiziert werden, der als Regulator von Tregs, Th17 und Tfh Zellen fungiert, womit ein wertvoller Beitrag zum Verständnis der komplexen Regulation dieser T-Zell Subtypen geleistet wurde.

Systemic lupus erythematosus (SLE) is a fatal autoimmune disease which affects nearly all organs in the human body. Despite the severity of disease treatment options are scarce apart from immune suppression. T cells are critical players in SLE. One factor which contributes to T cell pathophysiology in SLE is an enhanced expression of the cAMP response element modulator (CREM)alpha, a transcription factor, which contributes to several abnormalities in these cells. In my thesis I analyzed the role of CREMalpha in T cells in vitro and in vivo. To explore the relevance of CREMalph in vivo in a lupus setting we crossed CD95 (fas) knock-out mice into mice which overexpress CREM in T cells (fas-/- CREM TG). The CREM TG fas-/- CREM TG mice mice suffered from severely accelerated lymphadenopathy and splenomegaly much earlier in life than wildtype fas-/- animals. Lymphadenopathy and splenomegaly was caused by a massively enhanced expansion of double negative T cells (CD3+CD4-CD8-, DNTs), a reduction of regulatory T cells (Tregs), while amounts IL-17 and IL-21 secreting cells were increased compared to fas-/- mice without CREMalpha overexpression. To our knowledge this is the first report that overexpression of CREMalpha aggravates autoimmunity in vivo. We further analyzed the role of CREMalpha in regulatory T cells and Th17 cells in a CREM knock-out mouse model (CREM-/-) and in a mouse, which selectively overexpresses CREMalpha in T cells (CREM TG). When we generated inducible Tregs from naïve CD4+ T cells the overall expression of Foxp3+ T cells was higher in wildtype T cells than in CREM TG T cells. Vice versa the expression of inducible Tregs generated from CREM-/- mice was significantly higher than from wildtype mice. Furthermore, the knock-out of CREM enhanced the suppressive capacity of Tregs in mice in vitro in suppressionassays and in vivo in a mouse model of transfercolitis. Coimmunprecipitation experiments indicated that CREMalpha interacts with FOXP3 in Tregs. Furthermore microarray analyses identified several genes which might be regulated by CREMalpha in Tregs. We furthermore analysed the role of CREMalpha in Th17 cells in vitro and noticed enhanced development of Th17 cells in CREM TG mice while the fraction of IL-17 producing T cells was reduced in CREM-/- mice compared to wildtype mice. The functional relevance of the enhanced Th17 response in CREM TG mice was demonstrated by two in vivo colitis models. We detected an important mechanism of CREM driven IL-17 expression by mean of chip assays which revealed a CREM binding to the IL17a promotor. Summing up these data indicate a role of CREMalpha for the functionality of Tregs and Th17 cells in vitro and in vivo. We next asked if CREMalpha also influences follicular helper T cells (Tfhs) and B cell responses. CREMalpha enhanced the expression of Tfhs, germinal center(GC) B cells and led to increased serum levels of autoantibodies in fas-/- mice. Moreover CREM TG mice showed enhanced levels of follicular helper T cells, GC B cells and higher specific IgG levels in sera after immunization compared to wildtype mice. These experiments expand the role of CREMalpha as a transcription factor expressed in T cells, which significantly alters B cell response. This thesis confirms a pathogenic role of CREMalpha in vivo and provides evidence that the expression of CREMalpha in T cells of patients with SLE does not represent an epiphenomenon. Moreover CREMalpha might be a new transcription factor which is crucial for the regulation of Tregs, Th17 and Tfh cells. This work therefore contributes to the understanding of the complex transcription factor network in T cell subsets.

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