Advanced

Antigen presenting cells in autoimmune diabetes: phenotype, function and modulation by Linomide

Dahlén, Eva LU (2000)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Människor och djur utsätts ständigt för sjukdomsalstrande virus, bakterier och parasiter som finns i vår omgivning. Som skydd mot dessa har vi utvecklat ett immunförsvar. Detta har till uppgift att känna igen och eliminera dessa främmande, sjukdomsalstrande organismer (patogener), medan frisk, kroppsegen vävnad inte känns igen av immunsystemet. Immunsystemet består av kroppens olika sorters vita blodkroppar samt lösliga molekyler, som var och en har speciella funktioner.



En patogen som lyckats ta sig förbi de yttre barriärer som utgörs av hud, slemhinnor och mag-tarm-kanal stöter först på kroppens naturliga eller nedärvda immunsystem. Detta består av fagocyterande (ätande)... (More)
Popular Abstract in Swedish

Människor och djur utsätts ständigt för sjukdomsalstrande virus, bakterier och parasiter som finns i vår omgivning. Som skydd mot dessa har vi utvecklat ett immunförsvar. Detta har till uppgift att känna igen och eliminera dessa främmande, sjukdomsalstrande organismer (patogener), medan frisk, kroppsegen vävnad inte känns igen av immunsystemet. Immunsystemet består av kroppens olika sorters vita blodkroppar samt lösliga molekyler, som var och en har speciella funktioner.



En patogen som lyckats ta sig förbi de yttre barriärer som utgörs av hud, slemhinnor och mag-tarm-kanal stöter först på kroppens naturliga eller nedärvda immunsystem. Detta består av fagocyterande (ätande) celler, NK-celler (mördarceller) och komplementsystemet (lösliga proteiner som binder till bakterier). De komponenter som ingår i det naturliga immunsystemet känner igen allmänna strukturer som delas av ett stort antal olika patogener. I nästa skede av ett immunsvar aktiveras T-lymfocyter (T-celler) och B-lymfocyter (B-celler) som utgör kroppens specifika eller förvärvade immunitet. Dessa celler har förmåga att känna igen i stort sett alla tänkbara patogener som vi kan komma i kontakt med. Detta sker m.h.a. igenkänningsmolekyler (receptorer) som lymfocyterna uttrycker på sin cellyta. De molekyler som dessa receptorer känner igen kallas antigen. Varje lymfocyt uttrycker bara en enda sorts receptor som känner igen ett specifikt antigen. Utseendet hos dessa receptorer skiljer sig mellan olika lymfocyter och kan varieras i det oändliga. Det är därför möjligt för immunsystemet att specifikt känna igen antigen från alla patogener vi kan tänkas komma i kontakt med. De olika lymfocyterna har olika uppgift. B-celler bildar en löslig form av sina receptorer, antikroppar, som frisätts, cirkulerar i blodet och binder till sitt antigen. T-celler kan antingen vara cytotoxiska eller hjälpar-T-celler. De cytotoxiska T-cellerna är liksom NK-cellerna en typ av mördarceller, som dödar celler som uttrycker det antigen deras receptor känner igen. Hjälpar-T-cellerna producerar lösliga proteiner som ger signaler till andra vita blodkroppar att dela sig och bli fler eller att döda patogener. För att en T-cell ska kunna aktiveras krävs att dess receptor binder till ett antigen som visas upp (presenteras) i en speciell molekyl, MHC, på cellytan hos en antigenpresenterande cell. Vissa fagocyterande celler, makrofager (storätare) och dendritiska celler (vars cellkropp har långa utskott, dendriter) kan fungera som antigenpresenterande celler. De tar upp antigenet, bryter ner det till småbitar inne i cellen och visar sedan upp det på sin cellyta bundet till MHC. Dessutom ger den antigenpresenterande cellen också andra (costimulerande) signaler till T-cellen, som i kombination med igenkännande av antigenet är nödvändiga för att T-cellen ska aktiveras. Dessa antigenpresenterande celler är alltså de celler som sätter igång en T-cellsaktivering och är därmed nödvändiga för att ett specifikt immunsvar ska induceras.



Utan ett fungerande immunförsvar skulle vi lida av kroniska infektioner och troligtvis inte kunna överleva särskilt länge. Vi är alltså beroende av vårt immunförsvar för både vårt välbefinnande och vår överlevnad. Men trots att immunförsvarets uppgift är att hålla oss friska, finns det även tillstånd där själva immunförsvaret orsakar sjukdom. Autoimmuna (auto=själv) sjukdomar är ett samlingsnamn för sjukdomar som orsakas av att immunologiska celler känner igen, reagerar mot och skadar kroppsegna celler, som normalt inte ska attackeras av immunsystemet. Ett exempel på en sådan sjukdom är ungdomsdiabetes (sockersjuka), även kallad insulinberoende diabetes mellitus eller typ I diabetes. Vid ungdomsdiabetes känner immunförsvaret igen, och aktiveras av, s.k. ß-celler som finns i en speciell vävnad (Langerhanska öar) i bukspottskörteln. ß-celler är de celler i kroppen som producerar insulin, ett hormon som behövs för sockerupptag och därmed energitillförsel i kroppens celler. Vid ungdomsdiabetes vandrar immunologiska celler in i (infiltrerar) de Langerhanska öarna i buspottskörteln, letar upp ß-cellerna och dödar dem. Därmed förstörs kroppen insulinbildande celler, och en patient med ungdomsdiabetes blir därför beroende av insulinbehandling resten av livet. Varför vissa individer drabbas av ungdomsdiabetes är inte helt känt, men man vet att både arvsanlag och miljö spelar in.



Syftet med denna avhandling var att förstå vilken roll antigenpresenterande celler spelar vid utvecklandet av ungdomsdiabetes. Som modellsystem har en musstam (nonobese diabetic; NOD) som utvecklar autoimmun diabetes använts.



De första celler som infiltrerar de Langerhanska öarna är makrofager och dendritiska celler, och de följs senare av T-celler och B-celler. Vi har visat att TNF-α ett protein som är en viktig bidragande faktor vid utvecklandet av infiltration och diabetes, uttrycks i de Langerhanska öarna vid ett tidigt stadie av sjukdomsutvecklingen och att makrofager och dendritiska celler är de celler som producerar TNF-α i öarna. Detta tyder på att dessa celler är viktiga för att sätta igång sjukdomen samt att de lockas till, och aktiveras av något som finns i de oinfiltrerade Langerhanska öarna. Vidare har vi sett att för att dessa celler ska aktiveras fullt ut krävs även en T-cellsinfiltration.



Vi har också funnit att, jämfört med andra musstammar, har antigenpresenterande celler från NOD-möss ett lågt uttryck av den costimulerande molekylen CD86, som behövs för att aktivera T-celler. Detta ger upphov till en dålig T-cells-aktiverande förmåga och ett defekt uttryck av CD152 som uttrycks av T-celler och är viktig för att reglera och stänga ner ett T-cellssvar. Dessa resultat tyder alltså på att ineffektiva antigenpresenterande celler kan vara en bidragande orsak till autoimmunitet genom att T-celler inte aktiveras på ett sätt så att de sedan kan stänga ner sig själva.



Slutligen undersöktes hur den immunmodulerande substansen Linomide påverkar autoimmun diabetes och antigenpresenterande celler. Linomide har tidigare visat sig förhindra uppkomsten av autoimmuna sjukdomar i olika djurmodeller, bl.a. diabetes i NOD-musen. Vi fann att mängden MHC-uttryckande celler, dendritiska celler, T-celler och B-celler som infiltrerar de Langerhanska öarna minskade efter Linomide-behandling, medan mängden infiltrerande makrofager var densamma. Vi undersökte också hur uttrycket av speciella vidhäftningsmolekyler (s.k. adhesionsmolekyler) som behövs för att vita blodkroppar ska kunna lämna blodkärlen och vandra in i närliggande vävnad påverkades av Linomide-behandling. Vi fann att uttrycket av dessa vidhäftningsmolekyler på blodkärlen nära de Langerhanska öarna minskade efter Linomide-behandling vilket med största sannolikhet är en av orsakerna till att Linomide-behandling minskar infiltrationen i öarna. Slutligen undersökte vi hur Linomide påverkar uttrycket av diverse molekyler på antigenpresenterande celler som deltar i aktivering av T-celler. Vi fann att Linomide-behandling resulterade i ett ökat uttryck av flera sådana T-cellsaktiverande molekyler på makrofager, vilket kan tolkas som att Linomide aktiverar antigenpresenterande celler. Vidare undersöktes effekten på makrofagaktivering hos flera olika molekyler vars strukturer är mycket lika Linomide, men skiljer sig på någon punkt, och jämförde denna med substansernas förmåga att hindra autoimmunitet i en modell för multipel skleros (MS). Vi fann att substansernas förmåga att hindra uppkomsten av autoimmunitet korrelerade med aktivering av makrofager.



Sammanfattningsvis kan man säga att antigenpresenterande celler, såsom makrofager och dendritiska celler, är nödvändiga för att aktivera T-celler och därmed nödvändiga för uppkomsten av autoimmuna sjukdomar. Men effektiviteten hos dessa celler påverkar vad som händer med T-cellen. Om T-cellen inte får en optimal aktivering, p.g.a. att den antigenpresenterande cellen inte ger tillräckligt starka signaler till T-cellen, kan man tänka sig att reglerande mekanismer inte sätts igång och T-cellen inte stängs ner efter att först ha blivit aktiverad. Därmed finns en risk för ett pågående immunsvar som i vissa fall kan ge upphov till autoimmunitet. (Less)
Abstract
The aim of this thesis was to better understand the role of antigen presenting cells (APC) in the development of diabetes in the nonobese diabetic (NOD) mouse. We have shown that DC and Mphi that infiltrate the islets of Langerhans produce tumour necrosis factor-a (TNF-a), a cytokine known to contribute to the pathogenesis in the early stages of diabetes development. TNF-a is produced from the early stages of insulitis development and occurs independently of T cells. Furthermore, we have found that NOD APC express relatively low levels of the costimulatory molecule CD86 (B7-2) and therefore have a poor T cell stimulatory capacity. This gives rise to a reduced T cell activation as well as an impaired upregulation of the negative T cell... (More)
The aim of this thesis was to better understand the role of antigen presenting cells (APC) in the development of diabetes in the nonobese diabetic (NOD) mouse. We have shown that DC and Mphi that infiltrate the islets of Langerhans produce tumour necrosis factor-a (TNF-a), a cytokine known to contribute to the pathogenesis in the early stages of diabetes development. TNF-a is produced from the early stages of insulitis development and occurs independently of T cells. Furthermore, we have found that NOD APC express relatively low levels of the costimulatory molecule CD86 (B7-2) and therefore have a poor T cell stimulatory capacity. This gives rise to a reduced T cell activation as well as an impaired upregulation of the negative T cell regulator CTLA-4, suggesting that APC defects contribute to disease development. The immunomodulator Linomide inhibits diabetes in NOD mice. We found that this is accompanied by a reduced lymphocyte and dendritic cell infiltration into the islets of Langerhans. In addition, Linomide treatment results in a reduced production of TNF-a whereas instantly, following the initiation of Linomide treatment the production of IL-12 p40 and IFN-g is increased. IFN-g is known to upregulate MHC class II as well as adhesion and costimulatory molecules that are important in antigen presentation. In analogy, we found that Linomide treatment of SJL/J mice results in the upregulation of MHC class II, CD11a, CD54 and CD80 on Mphi, indicating an improved T cell stimulatory capacity. In addition, the ability of several Linomide analogues to inhibit experimental autoimmune encephalomyelitis correlates with their ability to upregulate MHC class II on Mphi, suggesting that APC activation may indeed inhibit autoimmune disease. In summary, APC are required for the induction of T cell activation and therefore also for the induction of autoimmunity. However, given that the development of regulatory T cell responses could be dependent on optimal antigen presentation, autoimmune disease may be due to ineffective APC function. Therefore, improving APC capacity, e.g. by Linomide treatment, may indeed inhibit autoimmune disease. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof Holmberg, Dan
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
secreting systems, Endocrinology, Linomide, costimulation, TNF-a, dendritic cells, Diabetes, macrophages, diabetology, Endokrinologi, sekretion, diabetologi, Immunology, serology, transplantation, Immunologi, serologi
pages
152 pages
defense location
Rune Grubb salen, Sölveg. 19, Lund
defense date
2000-11-18 09:00
ISBN
91-628-4460-1
language
English
LU publication?
yes
id
94bd1002-54d4-494b-8c63-36f8e6626a32 (old id 40912)
date added to LUP
2007-06-20 13:39:10
date last changed
2016-09-19 08:45:18
@misc{94bd1002-54d4-494b-8c63-36f8e6626a32,
  abstract     = {The aim of this thesis was to better understand the role of antigen presenting cells (APC) in the development of diabetes in the nonobese diabetic (NOD) mouse. We have shown that DC and Mphi that infiltrate the islets of Langerhans produce tumour necrosis factor-a (TNF-a), a cytokine known to contribute to the pathogenesis in the early stages of diabetes development. TNF-a is produced from the early stages of insulitis development and occurs independently of T cells. Furthermore, we have found that NOD APC express relatively low levels of the costimulatory molecule CD86 (B7-2) and therefore have a poor T cell stimulatory capacity. This gives rise to a reduced T cell activation as well as an impaired upregulation of the negative T cell regulator CTLA-4, suggesting that APC defects contribute to disease development. The immunomodulator Linomide inhibits diabetes in NOD mice. We found that this is accompanied by a reduced lymphocyte and dendritic cell infiltration into the islets of Langerhans. In addition, Linomide treatment results in a reduced production of TNF-a whereas instantly, following the initiation of Linomide treatment the production of IL-12 p40 and IFN-g is increased. IFN-g is known to upregulate MHC class II as well as adhesion and costimulatory molecules that are important in antigen presentation. In analogy, we found that Linomide treatment of SJL/J mice results in the upregulation of MHC class II, CD11a, CD54 and CD80 on Mphi, indicating an improved T cell stimulatory capacity. In addition, the ability of several Linomide analogues to inhibit experimental autoimmune encephalomyelitis correlates with their ability to upregulate MHC class II on Mphi, suggesting that APC activation may indeed inhibit autoimmune disease. In summary, APC are required for the induction of T cell activation and therefore also for the induction of autoimmunity. However, given that the development of regulatory T cell responses could be dependent on optimal antigen presentation, autoimmune disease may be due to ineffective APC function. Therefore, improving APC capacity, e.g. by Linomide treatment, may indeed inhibit autoimmune disease.},
  author       = {Dahlén, Eva},
  isbn         = {91-628-4460-1},
  keyword      = {secreting systems,Endocrinology,Linomide,costimulation,TNF-a,dendritic cells,Diabetes,macrophages,diabetology,Endokrinologi,sekretion,diabetologi,Immunology,serology,transplantation,Immunologi,serologi},
  language     = {eng},
  pages        = {152},
  title        = {Antigen presenting cells in autoimmune diabetes: phenotype, function and modulation by Linomide},
  year         = {2000},
}