Role of autoantigen-specific T cell subsets in disease pathogenesis and as therapeutic tool in systemic lupus erythematosus
Abdirama, Dimas
Systemic lupus erythematosus (SLE) is a chronic and systemic autoimmune disorder characterized by loss of immune tolerance towards nuclear antigens such as SmD1, RNP70, Histone, Ro, and La. Besides the production of autoantibodies that directed to nuclear antigens, CD4+ T cells with T cell receptor specific to nuclear antigens may also trigger autoimmune responses leading to severe organ inflammation. To date, little is known about the role of autoreactive CD4+ T cells in SLE mainly because of technical limitations with respect to the detection of such cells which is extremely challenging. The thesis aimed to explore different aspects of autoantigen-specific T cell subsets in SLE such as their detection, their antigen-specificity, their frequencies in health and disease, their effector functions, their contribution to the autoantibody production, their infiltration to the inflamed tissues, and their regulatory mechanisms, in order to understand their role in disease pathogenesis of SLE. CD4+ T cells reactive to SmD1, RNP70, Histone, Ro, and La were detected using libraries of polyclonal T cells and by enrichment of CD154-expressing T cells after in vitro antigenic stimulation. The frequencies of these cells were increased in patients with active SLE and correlated with disease activity. The antigen-specificity was evaluated by generating T cell clones and T cell lines. Flow cytometric analysis revealed that these cells produced interferon (IFN)-γ, interleukin (IL)-17, IL-10, but less IL-4 in patients with active SLE, in which the production of IFN-γ correlated with disease activity. Libraries consisting polyclonal urinary CD4+ T cells demonstrated an accumulation of these cells in the urine of active SLE patients with lupus nephritis, indicating their infiltration to the inflamed kidneys. An enrichment of CD137-expressing FoxP3+ CD4+ T cells after in vitro antigenic stimulation was useful to determine the frequencies of SLE-associated autoantigen-specific regulatory T cells. Our analysis revealed that SLE-associated autoantigen-specific CD4+ T cells outnumbered their regulatory counterparts in patients with active SLE and it correlated with disease activity. The thesis discusses the conceptual foundation about the role of SLE-associated autoantigen-specific T cell subsets in disease pathogenesis and as therapeutic tool in SLE, including but not limited to their antigen-specificity, their frequencies, their effector functions, their infiltration to the inflamed organs, and their regulatory mechanisms. We reported for the first time that in active SLE, CD4+ T cells reactive to nuclear antigens are expanded, acquire effector functions through cytokine production, infiltrate the inflamed organs, and outnumber the regulatory T cells. These features emphasize pathogenic characteristics of autoreactive CD4+ T cells that may contribute to the disease pathogenesis of SLE. Autoreactive CD4+ T cells represent an interesting target for optimised treatment strategies in SLE.
Systemischer Lupus Erythematodes (SLE) ist eine chronische und systemische Autoimmunkrankheit charakterisiert durch einen Verlust der Immuntoleranz gegen Kernantigenen wie SmD1, RNP70, Histone, Ro, und La. Neben der Erzeugung der Autoantikörper gegen Kernantigene könnten CD4+ T-Zellen mit Kernantigen-spezifischen T-Zell-Rezeptor Autoimmunreaktion auslösen und zur Organschädigung führen. Bis dato ist die Rolle der autoreaktiven CD4+ T-Zellen in SLE aufgrund der technischen Limitation wenig bekannt. Autoreaktive CD4+ T-Zellen stellen eine sehr seltene Population dar, so dass der Nachweis von solchen Zellen als sehr schwierig gilt. In der vorliegenden Doktorarbeit waren verschiedene Aspekte der autoantigen-spezifischen T-Zellsubpopulationen in SLE wie ihren Nachweis im peripheren Blut, ihre Antigenspezifität, ihre Frequenzen in Gesundheit und in Krankheit, ihre Effektorfunktionen, ihren Beitrag zu der Erzeugung von Autoantikörpern, ihre Infiltration in entzündete Gewebe, und ihre Regulationsmechanismen zu untersuchen, um ihre Rolle in der Krankheitspathogenese des SLE zu verstehen. CD4+ T-Zellen mit Reaktivität gegen SmD1, RNP70, Histone, Ro, und La wurden mit polyklonalen T-Zellbibliotheken und Anreicherung der CD154-exprimierenden T-Zellen nach der in vitro Stimulation mit Antigenen nachgewiesen. Die Frequenzen dieser Zellen waren erhöht in den Patienten mit aktivem SLE und korrelierten mit der Krankheitsaktivität. Die Antigenspezifität solcher T-Zellen wurde durch die Generierung der T-Zell-Klone und T-Zell-Linien evaluiert. Durchflusszytometrische Untersuchung zeigte, dass diese Zellen Interferon (IFN)-γ, Interleukin (IL)-17, und IL-10 in den Patienten mit aktivem SLE produzierten, wobei IL-4 in der gleichen Kohorte weniger produziert wurde. Die Produktion von IFN-γ korrelierte darüber hinaus mit der Krankheitsaktivität. Durch die Generierung der Urin-CD4+ T-Zellbibliotheken konnte eine Akkumulation dieser Zellen im Urin nachgewiesen werden, die sich auf eine Infiltration dieser Zellen in entzündetes Nierengewebe zurückführen lässt. Eine Anreicherung der CD137-exprimierenden FoxP3+ CD4+ T-Zellen war nützlich für die Bestimmung der Frequenzen von SLE-assoziierten Kernantigen-spezifischen regulatorischen T-Zellen. Unsere Analyse zeigte, dass in den Patienten mit aktivem SLE die Frequenzen der Kernantigen-spezifischen CD4+ T-Zellen viel mehr waren als die Frequenzen der regulatorischen T-Zellen mit der gleichen Antigenspezifität. Diese Umstände korrelierten mit der Krankheitsaktivität. Die vorliegende Doktorarbeit diskutiert die Basis von der Rolle der SLE-assoziierten autoantigen-spezifischen T-Zellsubpopulationen in der SLE-Pathogenese und als therapeutisches Instrument für SLE, unter anderem mit Hinsicht auf ihre Antigenspezifität, ihre Frequenzen, ihre Infiltration in entzündete Organe, und ihre Regulationsmechanismen. Zum ersten Mal zeigten wir, dass diese Zellen im aktiven Lupus expandierten, Effektorfunktionen durch Zytokinproduktion ausübten, in entzündete Organe infiltrieren, und die Frequenzen der regulatorischen T-Zellen übertrafen. Diese Eigenschaften betonen, dass sich Kernantigen-spezifische CD4+ T-Zellen an der Krankheitspathogenese des SLE beteiligen, und dass sie ein interessantes Instrument für optimierte Behandlungsstrategien des SLE darstellen.
