Charakterisierung immunmodulatorischer Effekte von Zellen monozytären Ursprungs : Bedeutung für die Hemmung ungewollter Immunantworten?

• Main Author: Dreykluft, Angela
• Format: Dissertation
• Language: deu
• Published: 2007
• Subjects: Makrophage; Monozyten-Makrophagen-System; Immunmodulation; ddc:610
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/2125; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-24779; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-24779; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/2125/Master_Thesis_Angela_Dreykluft.pdf

Immunzellen mit hemmenden bzw. regulatorischen Eigenschaften erscheinen sehr attraktiv, um ungewollte Immunantworten, wie sie z.B. nach Transplan¬tationen auftreten, selektiv zu hemmen. In früheren Arbeiten konnten wir zeigen, dass sich mit GM-CSF und IL-4 immunregulatorische Dendritische Zellen (IL-4 DC) aus hämatopoetischen Vorläuferzellen des Knochenmarks der Lewis-Ratte generieren lassen. In der vorliegenden Arbeit wurden Makrophagen aus Knochenmarkvorläuferzellen mit M-CSF und IL-4 (IL-4 Makrophagen) generiert und mit den IL-4 DC hinsichtlich ihres Phänotyps und ihrer immunologischen Eigenschaften verglichen. M-CSF Makrophagen, die nur mit M-CSF generiert wurden, dienten hierbei als Kontrolle. Im Gegensatz zu reifen DC (mDC), die aus der Milz isoliert wurden, sind weder M-CSF Makrophagen noch IL-4 Makrophagen bzw. IL-4 DC in der Lage, naive T Lymphozyten in vitro zu aktivieren. Zudem wurde eine Zellzahl-abhängige Hemmung der mDC induzierten T Zell-Aktivierung beobachtet. So hemmten IL-4 Makrophagen die mDC-induzierte T-Zellproliferation nahezu vollständig (bis zu 96%), wenn sie in einem Zellverhältnis von 1:1 (IL-4 Makrophagen:mDC) als Kompetitorzellen eingesetzt wurden. Ähnliche Effekte waren auch für M-CSF Makrophagen und IL-4 DC zu beobachten. Zwar ist nicht geklärt, wie die Zellen diesen hemmenden Effekt vermitteln, doch lassen die Daten der vorliegenden Arbeit sowohl einen durch Oberflächenmoleküle als auch lösliche Mediatoren vermittelten Mechanismus für möglich erscheinen. Durchflusszytometrische Analysen, ergänzt durch Immunhistochemie und Real time PCR, zeigten für IL-4 Makrophagen und M-CSF Makrophagen einen Phänotyp, der gegenüber IL-4 DC, eine geringere Expression von CD80 und CD86 auf der Zelloberfläche aufwies. Die IL-4 DC wiesen ihrerseits eine geringe Expression von CD80 und CD86 in Vergleich zu mDC auf, wie in vorangegangenen Arbeiten gezeigt wurde. Alle drei Subpopulationen waren positiv für MHC I und CD40, während IL-4 Makrophagen und IL-4 DC zusätzlich positiv für MHC II waren. T Lymphozyten in Kokultur mit IL-4 Makrophagen bzw. mit M-CSF Makrophagen oder IL-4 DC wiesen nur eine geringe Proliferation auf, wenn sie anschließend mit mDC restimuliert wurden. Diese Daten deuten darauf hin, dass IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC naive T-Lymphozyten dauerhaft in ihrer Restimulierung hemmen. Dieser anergische Zustand ist möglicherweise auf die unzureichende Kostimulation zurückzuführen. Zudem wurde bei den mit IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC kokultivierten T Lymphozyten eine geringfügig erhöhte Rate an apoptotischen Zellen gemessen als bei T Lymphozyten, die zuvor alleine oder mit mDC kultiviert wurden. Auch von IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC sezernierte lösliche Faktoren können eine Rolle bei der Hemmung der T-Zellaktivierung spielen. Überstände einer 24-stündigen Kultur mit einer Million IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC, hemmten die mDC-induzierte T-Zellaktivierung mit einer Suppressionsrate von 81-85%. Mit einer nahezu vollständigen Hemmung der T-Zellaktivierung war der Effekt von Überständen aus 48-stündigen Kulturen sogar noch stärker. Wie anhand von ELISA und real time PCR gezeigt wurde, exprimierten IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC das immuninhibitorische Zytokin TGF-Beta, das für die beobachtete Hemmung der T-Zellproliferation verantwortlich sein könnte. Die Ergebnisse zeigen somit, dass die aus Knochenmarkvorläuferzellen generierten IL-4 Makrophagen und M-CSF Makrophagen die Aktivierung naiver T-Lymphozyten hemmen. Diese Eigenschaft teilen sie sich mit IL-4 DC trotz deutlicher Unterschiede bei den Phänotypen dieser Zellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen den Schluss zu, dass die aus hämatopoetischen Stammzellen des Knochenmarks hergestellten Dendritische Zellen und Makrophagen die Aktivierung naiver T-Lymphozyten effektiv hemmen. Der Mechanismus, wie dieser hemmende Effekt vermittelt wird, ist zurzeit noch unbekannt und sollte in weiteren Arbeiten analysiert werden. Von grundlegender Bedeutung wäre der erfolgreiche Nachweis, dass diese Zellen ungewollte Immunantworten antigen¬spezifisch hemmen. === Immune cells with suppressive or regulatory properties appear very attractive for selective suppression of unwanted immune responses, occurring for example after transplantation. In previous studies, we showed that immunoregulatory dendritic cells can be generated from rat bone marrow haematopoietic precursor cells with GM-CSF and IL-4 (so-called IL-4 DC). In the present study, bone marrow derived macrophages generated in the presence of M-CSF plus IL-4 (IL-4 macrophages) were compared to IL-4 DC in view of their phenotype and immunological functions. M-CSF macrophages generated with M-CSF alone were used as controls. In contrast to mature splenic dendritic cells (mDC), M-CSF macrophages, IL-4 macrophages and IL-4 DC were not able to activate naïve T lymphocytes in vitro. Moreover, used as competitor cells, a dose-dependent suppression of mDC-stimulated allogeneic T cell activation was observed. At a cell ratio of 1:1 (IL-4 macrophages:mDC), IL-4 macrophages induced a suppression rate of 96%. M-CSF macrophages and IL-4 DC demonstrated similar effects at the same cell ratio. It is not clear how the cells mediated the suppressive effect, but this study presents evidence for both a cell surface mediated mechanism and a mechanism mediated by soluble factors. Flow cytometric, immunohistochemical and real time PCR analysis demonstrated a unique phenotype for IL-4 macrophages and M-CSF macrophages. Their surface expression of CD80 and CD86 was lower in comparison to the expression found on IL-4 DC whose surface expression of costimulatory molecules was reduced in comparison to mDC as shown in previous studies. Therefore, insufficient costimulation could be the reason for the observed inability of the three subsets to activate naïve T lymphocytes. All three subsets were positive for MHC I and CD40, and additionally, IL-4 macrophages and IL-4 DC were clearly positive for MHC II. T lymphocytes co-cultured with IL-4 macrophages, M-CSF macrophages or IL-4 DC, demonstrated a minimal proliferation when subsequently restimulated with mDC. This indicates that IL-4 macrophages, M-CSF macrophages and IL4-DC induced a stable hyporesponsiveness (anergy) in these T lymphocytes, which is probably due to the insufficient costimulation. Moreover, a marginally increased rate of apoptosis was detected in T lymphocytes collected from the competition assays with IL-4 macrophages, M-CSF macrophages and IL4-DC in contrast to T lymphocytes cultured alone or with mDC during the competition assays. Soluble inhibitory factors secreted by IL-4 macrophages, M-CSF macrophages or IL-4 DC could also play a role in T cell suppression. Supernatant of one million M-CSF macrophages, IL-4 macrophages and IL-4 DC collected after 24h of culture suppressed mDC-induced T cell proliferation with a suppression rate of 81-85%. The suppressive effect of the supernatant collected after 48h was even stronger with a suppression rate of 90-100%. As shown in ELISA and real time PCR analysis, IL-4 macrophages, M-CSF macrophages and IL4-DC expressed the immunoinhibitory cytokine TGF-beta that might be involved in T cell suppression. In conclusion, these results show that the bone-marrow derived IL-4 macrophages and M-CSF macrophages suppress the activation and proliferation of naïve T lymphocytes. They share this feature with the bone marrow derived IL-4 DC despite different phenotypes. The results of this study indicate that dendritic cells and macrophages derived from haematopoietic stem cells of the bone marrow share the same suppressive properties. The mechanism how these cells mediate their suppressive effect is still unknown and should be analysed in further studies. In this context, these cells should be able to suppress unwanted immune responses in an antigen specific manner.