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Main Title: Stability and plasticity of IL-17 expression in TH17 cells
Translated Title: Stabilität und Plastizität der IL-17 Expression in TH17 Zellen
Author(s): Lexberg, Maria Helen
Advisor(s): Lauster, Roland
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Das Zytokin IL-17, welches unter anderem von TH17 Zellen produziert wird, spielt eine wichtige Rolle bei Autoimmunerkrankungen sowie bei der Eliminierung von extrazellulären Pathogenen und der Rekrutierung von Neutrophilen zum Entzündungsort. Die Kenntnis darüber, wie TH Zellen ihr Potential ändern ein bestimmtes Zytokin zu produzieren, eröffnet uns interessante Einblicke in die Steuerung von Effektor TH Zelldifferenzierung, was wiederum die Entwicklung von neuartigen therapeutischen Konzepten vorantreibt. Bisher war nicht viel über die Plastizität und Stabilität von TH17 Zellen bekannt. Um die Stabilität von TH17 Zellen auf Einzel-Zell-Ebene zu untersuchen, entwickelten wir in Kooperation mit Miltenyi Biotec einen IL-17 Sekretionsassay, womit wir lebende IL-17-produzierende TH Zellen isolieren konnten. Wir zeigen hier, dass in TH17 Zellen, die in vitro mit den bekannten TH17 Differenzierungssignalen TGFβ, IL-6 und IL-23 generiert wurden, hinsichtlich der Produktion des Zytokins IL-17 instabil sind. So beginnen sie bei Stimulation mit IL-12 IFNγ zu produzieren, während gleichzeitig die IL-17 Expression verloren geht. Die Konversion von TH17 zu TH1 Zellen verlief T-bet-abhängig. In vivo generierte TH17 Zellen verhalten sich allerdings stabil. So konnten diese weder durch IL-12 zur IFNγ Expression, noch durch IL-4 zur IL-4 Expression angeregt werden. Der Vergleich von in vitro vs in vivo generierten TH17 Zellen in einer Transkriptomanalyse ergab, dass in vivo generierte TH17 Zellen die β2 Kette des IL12R nicht exprimieren, was deren Nicht-reaktivität auf den IL-12 Stimulus erklärt. Allerdings exprimieren sie einen funktionellen IFNγR. Wie schon für naive und TH2 Zellen gezeigt wurde, konnte auch hier IL12Rβ2 durch IFNγ Stimulus induziert werden. Wir zeigen daher, dass die IFNγ Expression in in vivo generierte TH17 Zellen durch die synergistische Aktion von IFNγ und IL-12 induziert wird. Diese Zellen co-exprimieren die Haupttranskriptionsfaktoren T-bet und RORγt sowie die Zytokine IFNγ und IL-17. Inwieweit diese TH1/17 Zellen eine stabile TH Zell-Population oder eine Übergangs-Population darstellen, muss weiter untersucht werden. Die epigenetische Prägung von IL-17+ und IFNγ+ TH Zellen wurde ebenfalls verglichen. Vorgelagerte Regionen von il17 waren unmethyliert in IL-17+ und methyliert in IFNγ+ TH Zellen. Des weiteren haben wir in einer CpG-reichen Region die rorc vorgelagert ist, ein mögliches regulatorisches Element entdeckt, welches nur in IL-17-einzel-positiven TH Zellen methyliert war und ein putatives Silencer-Element darstellt. TH17 Zellen könnten durch ihre Plastizität dem Immunsystem helfen sich spezifischen Umständen anzupassen und dadurch Entzündungen und Infektionen effektiver eliminieren. Darüber hinaus könnten TH1/17 Zellen durch ihr kombiniertes TH1 und TH17 Effektor-Repertoire einen Vorteil haben und sollten bei Autoimmunerkrankungen und bei Optimierung von Vakzinierungs-Konzepten berücksichtigt werden.
The cytokine IL-17, inter alia produced by TH17 cells, plays an important role in autoimmune diseases, but also for the clearing of extracellular pathogens and for the recruitment of neutrophils during infection. Understanding the process, through which TH cells alter their cytokine-producing potential can provide interesting insights into effector cell commitment, gene regulation and provide us with important biological implications for designing therapeutic regimens. So far, very little is known about the stability and plasticity of the TH17 phenotype. In order to analyze the stability of IL-17 expression on the single cell level, in cooperation with Miltenyi Biotec, we have developed an IL-17 secretion assay, which allows us to isolate viable IL-17-producing TH cells. We show here that IL-17+ TH cells generated in vitro with the canonical TH17 differentiating signals TGFβ, IL-6 and IL-23 can readily be induced to express IFNγ with concomitant loss of IL-17 expression in response to IL-12. This conversion of TH17 cells into TH1 cells was T-bet-dependent. By contrast, IL-17+ TH cells generated in vivo do neither respond to IL-12 with IFNγ expression nor to IL-4 with IL-4 expression. Transcriptome analysis comparing in vitro and in vivo generated TH17 cells revealed that in vivo generated TH17 cells do not express the β2 chain of the IL12R, rendering them refractory to IL-12 signaling. However, they express a functional IFNγR. As has been demonstrated for naïve TH cells and for TH2 cells expression of the IL12Rβ2 chain could be induced by IFNγ restoring susceptibility to IL-12 signaling. Thus, we could demonstrate that in TH17 cells generated in vivo, IFNγ expression can be induced by the synergistic action of IFNγ and IL-12. In such cells the master transcription factors RORγt and T-bet were co-expressed on the single cell level, as were the corresponding effector cytokines IL-17 and IFNγ. It remains to be clarified, however, whether such TH1/17 cells represent a distinct stable lineage or a transitional state. We also analyzed the epigenetic imprinting of IL-17+ TH cells and compared it to IFNγ+ TH cells. We identified a region upstream of il17 that is unmethylated in cells expressing IL-17 and methylated in IFNγ+ TH cells. In addition, in CpG rich regions upstream of rorγt we identified an element, which was specifically methylated in IL-17-single-positive TH cells and may represent a putative silencer element. In conclusion, the high plasticity of TH17 cells could help the immune system to adapt and eliminate inflammation and infection. Thus, TH1/17 cells could have a physical advantage through a combined effector repertoire of TH1 and TH17 cells on the single cell level, which would be worth considering in studies of autoimmune diseases or in optimization of vaccination strategies.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-27909
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2872
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2575
Exam Date: 20-Sep-2010
Issue Date: 23-Sep-2010
Date Available: 23-Sep-2010
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Adaptives Immunsystem
IL-17
TH Zelldifferenzierung
TH17 Zellen
Adaptive Immune system
IL-17
TH cell differentiation
TH17 cells
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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