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Main Title: The Role of Polymorphonuclear Neutrophils in Inflammatory Condition
Translated Title: Die Rolle von neutrophilen Granulozyten in Entzündungsreaktionen
Author(s): Tillack, Kati
Advisor(s): Martin, Roland
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Neutrophile bilden die größte Population an Leukozyten im Blut und sind eine der ersten Immunzellen am Ort von Infektionen. Für deren Bekämpfung sind sie mit einer Vielzahl an Mechanismen ausgestattet. Sie eliminieren Mikroorganismen: (I) durch Phagozytose und intrazellulärer Degradation, (II) durch Freisetzen der Effektormoleküle in den extrazellulären Raum, (III) durch die Entlassung von Strukturen, die aufgebaut sind aus Chromatin assoziiert mit Zytoplasma-, Granula-, Kernproteinen und als NETs bezeichnet werden. NETs sind eine sehr effiziente Waffe gegen Pathogene, aber aberrante NETs-Bildung scheint auch assoziiert zu sein mit Autoimmun- und nicht-infektiösen Erkrankungen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Serumproben von Patienten untersucht, die an Multipler Sklerose (MS) erkrankt sind. Damit sollte die Frage beantwortet werden, ob NETs auch in der Pathogenese von MS eine Rolle spielen. Es konnte dabei eine signifikant höhere Anzahl an NETs Strukturen in Serumproben von RR-MS Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollen gemessen werden. Weiterhin wurden in den Serumproben dieser Patienten eine erhöhte Konzentration an C-reaktiven Protein, IL-8, eine höhere Anzahl an Monozyten im Blut und eine erhöhte Anzahl an Mikropartikel von aktivierten Thrombozyten gemessen, was auf eine mögliche Entzündung oder Infektion hindeutet. Nicht nur bei der MS sondern auch bei einer Vielzahl weiterer Autoimmunerkrankungen spielen T-Lymphozyten pathogenetisch eine bedeutende Rolle. Deshalb wurde im zweiten Teil der Arbeit der Effekt von NETs auf T-Lymphozyten im Allgemeinen untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass der direkte Kontakt von NETs mit isolierten CD4+ T- Lymphozyten zur Ausbildung von Clustern, der Hochregulierung von CD25 und CD69 und der Phosphorylierung von ZAP-70 führt, aber nicht ausreicht um die Zellen zu aktieren. Jedoch führt eine anschließende Stimulation mit einem suboptimalen Stimulus oder einer niedrigen Antigenkonzentration zur Aktivierung, charkterisiert durch die Produktion von proinflammatorischen Zytokinen und Zellproliferation. Während die Inhibierung der T- Zellrezeptorsignalkaskade mittels Herbimycin A zur Aufhebung des NET Effektes führte, hatte die Inhibierung vom TLR 9 durch Chloroquine keinen Einfluss auf die Aktivierung. Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit eine Subgruppe von RR-MS Patienten identifiziert werden, die wahrscheinlich als Folge einer Entzündung oder Infektion eine erhöhte Anzahl an NET Strukturen im Serum aufweisen. Außerdem konnte in dieser Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass NETs T-Lymphocyten primen können, indem sie die zur Aktivierung notwendige Schwelle reduzieren und dadurch ermöglichen, dass T-Zellen bereits mit einer niedrigeren Antigenkonzentration oder sogar mit einem suboptimalen Stimulus aktiviert werden können. Der Mechanismus ist TLR9 unabhängig, erfordert aber direkten NETs- Zellkontakt und den Signalweg über den T-Zellrezeptor. Mit der NETs-vermittelten Aktivierung von T-Lymphozyten konnte im Rahmen dieser Arbeit neben der direkten Eliminierung von Pathogen eine neue Funktion von PMNs entdeckt werden, welche gleichzeitig eine Brücke bildet zwischen angeborenen und erworbenen Immunsystem.
PMNs are the most abundant circulating leukocyte and one of the first defenders against invading microorganisms. They are equipped with a variety of defense mechanisms such as antimicrobial proteins or radical oxygen species and kill pathogens: either by engulfment and intracellular degradation, by releasing noxious molecules or by releasing NETs - chromatin fibers composed with nuclear, granule and cytoplasmic proteins. NETs are most likely the most efficient defense mechanism, nevertheless, aberrant formation might also be associated with non-infectious and autoimmune diseases. In this study, serum samples from MS patients were analyzed to answer the question as to whether NETs are involved in the pathogenesis. The level of circulating NETs was significantly higher in a subgroup of RR-MS patients compared to healthy controls. Significantly higher CRP concentration, increased IL-8 concentration, higher frequency of monocytes in the blood and enhanced amounts of activation- induced platelet-derived microparticles were measured and hint to infections and inflammation as putative triggers. Since MS is considered a CD4+ T cell-mediated inflammatory and demyelinating disease of the CNS, the putative effect of NETs on T cells was investigated. This study revealed that direct NETs contact with purified T cells leads to cluster formation, increases CD25 and CD69 surface expression and mediates phosphorylation of ZAP-70 but was not sufficient for full activation as characterized by production of pro-inflammatory cytokines such as IFN-gamma and IL-17 and T cell proliferation. However, NET-primed T cells could be activated upon subsequent stimulation with a sub-optimal stimulus or with lower concentrations of specific antigen. T cell activation was completely blocked by the inhibition of the TCR-signaling using herbimycin A whereas the toll-like receptor 9 inhibitor, chloroquine, did not show any effect on cell activation. In summary, this study identified a subgroup of MS patients with circulating NETs in the periphery. Inflammatory mediators, present in serum, are probably responsible for this phenotype. Furthermore, this studys data demonstrates that NETs can prime T cells directly by reducing their activation threshold. NETs-mediated priming increases T cell responses to specific antigens and even responses to sub-optimal stimuli, which would not induce a response in resting T cells. This mechanism is TLR9-independent but requires NETs-cell contact and TCR signaling. NETs-mediated T cell activation adds to the list of PMN functions and demonstrates a novel link between innate and adaptive immune responses.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-34976
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3493
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3196
Exam Date: 17-Nov-2011
Issue Date: 2-May-2012
Date Available: 2-May-2012
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Immunologie
Multiple Sclerose
NETs
Neutrophile
T-Zelle
Immunology
Multiple Sclerosis
NETs
Neutrophils
T cell
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