Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3948
Main Title: Untersuchung der Genexpression Notch modulierter T-Helfer-Zellen
Translated Title: Gene expression analysis of Notch modulated T helper cells
Author(s): Heinrich, Frederik
Advisor(s): Scheffold, Alexander
Referee(s): Lauster, Roland
Scheffold, Alexander
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Eine strenge Regulation von Immunantworten ist essentiell, um den Organismus vor der Entstehung chronischer Entzündungen, Allergien und autoimmunen Reaktionen zu bewahren. In Vorarbeiten der Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung des Notch Signalweges, in vivo und in vitro, zur Selbstlimitierung der Immunantwort von TH1 Zellen, durch Anhebung der Expression des anti inflammatorischen Zytokins IL 10, führt. Es werden gegensätzliche Hypothesen diskutiert, wie der Notch Signalweg T Helfer Zellen moduliert. Einerseits konnte gezeigt werden, dass Notch die Differenzierung von TH1 , TH2 , TH17 , bzw. regulatorischer T Helfer Zellen induzieren kann und andererseits wurde beschrieben, dass Notch Umgebungssignale integriert, wonach bestimmte T-Zellsubset-spezifische Genmuster induziert werden, wie z.B. IL 10 in TH1 Zellen, oder IL 22 in TH17 Zellen, in Abhängigkeit von den Umgebungssignalen, z.B. bestimmte Zytokine. Daher wurde in dieser Arbeit untersucht welchen Einfluss eine Notch Modulation auf die Genexpression in unterschiedlichen T Helfer Subsets hat, und ob der Notch Signalweg, unabhängig von anderen Stimuli, in der Lage ist ein Expressionsprofil zu induzieren, das dem von TH1 , TH2 , oder TH17 Zellen entspricht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Veränderung der Genexpression in Notch modulierten T Helfer Zellen entscheidend durch kostimulatorische Signale in den verschiedenen Subsets reguliert wird. Zudem ist dargestellt, dass die Aktivierung des Notch Signalweges nicht ausreichend ist, um ein TH1 , TH2 , oder TH17 spezifisches Expressionsprofil, in nicht-polarisierten T Helfer Zellen, zu induzieren. Damit widersprechen die hier gezeigten Genexpressionsanalysen dem Modell, wonach der Notch Signalweg in der Lage ist distinkte T Helfer Subsets zu induzieren. Die Ergebnisse sprechen eher dafür, dass Notch die Signalwege, die in Abhängigkeit Umgebungssignalen aktiviert sind, integriert. Dies wird ferner dadurch bekräftigt, dass nur ein geringer Anteil der differentiell exprimierten Transkripte direkt durch Notch, unabhängig von den vorhandenen Kostimuli, moduliert wird. Eines der direkten Zielgene, die identifiziert werden konnten ist IL 22, wobei auch in diesem Fall deutlich wird, dass die Expressionsstärke vor allem unter Th17 induzierenden Bedingungen stark zunimmt. Im Gegensatz zu IL 22, handelt es sich bei IL 10 um kein direktes Notch Zielgen. Die Notch vermittelte Expressionssteigerung von IL 10 in TH1 Zellen ist demnach von weiteren Faktoren abhängig. In der vorliegenden Arbeit wurden c Maf und Blimp 1, als Transkriptionsfaktoren identifiziert, die zusammen mit IL 10 in Notch modulierten TH1 Zellen koexprimiert werden. Es konnte experimentell gezeigt werden, dass die Expressionen von Blimp 1 und IL 10, durch den siRNA vermittelten Knock-Down von c Maf in Notch modulierten TH1 Zellen, stark reduziert werden, während die direkte Überexpression von c Maf in TH1 Zellen zu einem drastischen Anstieg beider Expressionen führte. Die c Maf Expression auf der anderen Seite war in Blimp 1 defizienten TH1 Zellen nahezu unverändert, wohingegen die IL-10 Expression fast vollständig aufgehoben war, und auch durch Überexpression von Notch, oder c Maf nicht wieder hergestellt werden konnte. Somit konnte gezeigt werden, dass die IL 10 Expressionssteigerung in Notch modulierten TH1 Zellen durch c Maf vermittelt wird aber von Blimp 1 abhängig ist. Weiterhin wurde in dieser Arbeit untersucht, ob Notch die Expressionen der Zytokine IL 10 in TH1 Zellen und IL 22 in TH1-, TH17- und TH22 Zellen unabhängig vom Arylhydrocarbon Rezeptor modulieren kann, da AhR sowohl in Verbindung mit IL-10, als auch IL-22, bereits als einer der möglichen Regulatoren, beschrieben werden konnte. In AhR defizienten T Helfer Zellen konnte gezeigt werden, dass die Notch induzierte Steigerung der IL-10 und IL-22 Expression in TH1 Zellen unabhängig vom AhR ist. Hingegen war die IL 22 Expression in TH17- und TH22 Zellen in Abwesenheit des AhR deutlich reduziert. Dass Notch die Sekretion eines AhR-Liganden begünstigt, und somit zur Erhöhung der IL 22 Expression beiträgt konnte hier nicht festgestellt werden, da eine Steigerung auf Zellen beschränkt war, die ein intrazelluläres Notch Signal erhalten hatten. Die Ergebnisse dieser Arbeit bekräftigen die Idee einer multilateralen Signalintegration durch den Notch Signalweg in T Helfer Zellen. Außerdem wird durch diese Arbeit deutlich, dass nur ein Teil dieser Signalintegration durch die differentielle Regulierung der Genexpression realisiert wird. Für IL-10 konnte ein Notch induzierter Mechanismus beschrieben werden, der zeigt, dass die IL-10 Expression in TH1 Zellen Blimp 1 abhängig und AhR unabhängig ist und von c Maf vermittelt wird.
The tight regulation of immune responses is essential to avoid the occurence of chronic inflammation, allergies or autoimmune reactions. Previous work of our lab revealed, that the activation of the Notch signaling pathway in TH1-cells led to strong expression of the anti inflammatory cytokine IL-10 in vivo and in vitro, giving these cells the capability to self limit their immune response. Conflictive hypotheses exist on how Notch is modulating T helper cells. On the one hand it is shown, that Notch induces the differentiation of TH1-, TH2-, TH17- and regulatory T-helper-cells respectively. On the other hand it also described, that Notch integrates signals form the cellular microenvironment. Thus resulting in cell subset specific expression profiles, such as IL-10 in TH1-cells and IL-22 in TH17-cells, depending on the signals induced by the environment, i.e certain cytokines. Therefore it was investigated, wether activation of the Notch signaling pathway is sufficient to induce a TH1-, TH2-, or TH17-like expression profile independent of polarising stimuli. The results shown here confirm, that the change of gene expression in Notch modulated T helper cells is strongly dependent on the diverse co-stimulatory signals in the different T helper subsets. Notch was not sufficient to induce an expression profile specific for TH1-, TH2- or TH17-cells in non-polarised T-helper-cells. Our gene expression data argue against a model, whereby Notch is capable to induce directly different T helper subsets. The results support the idea, that Notch integrates signaling pathways, which are activated depending on environmental signals. This notion is further supported by the observation, that only a small fraction of differentially expressed transcripts is directly modulated by Notch in all T helper subsets. One of the identified direct target genes of Notch is IL-22. However, although it is a direct target of Notch, the expression level is strongly increased under Th17 polarising conditions. In contrast to the cytokine IL-22, IL-10 is no direct target of Notch. Therefore the Notch mediated upregulation of IL-10 in TH1-cells must depend on further factors. The transcription factors c-Maf and Blimp-1 were identified in this work to be co-expressed with IL-10 in Notch modulated TH1-cells. The siRNA mediated knock-down of c-Maf led to strong reduction of the IL-10 and Blimp-1 expression in these cells, whereas direct overexpression of c-Maf resulted in a strong upregulation of the IL-10 and Blimp-1 expression. On the other hand Blimp-1 deficient TH1-cells showed normal expression levels of c-Maf, but almost completely lacked the expression of IL-10. This lack of IL-10 expression in Blimp-1 deficient TH1-cells could not be rescued by overexpression of neither Notch nor c Maf. It was concluded, that the upregulation of IL-10 in Notch modulated TH1-cells is mediated by c-Maf and dependent on Blimp-1. Further it was investigated, whether Notch is capable to modulate the cytokine expression of IL 10 in TH1-cells and IL-22 in TH1-, TH17- and TH22-cells, independent of the arylhydrocarbon receptor, which has been identified as a possible regulator for the expression of both cytokines. In AhR deficient TH1-cells the Notch induced upregulation of the IL-10 and IL-22 expression was largely unaffected. In contrast was the expression of IL 22, in Notch modulated TH17- and TH22-cells, in the absence of AhR, reduced. It was further shown, that the upregulation of IL-22 is limited to cells with an intracellular Notch signal. This argues against the possibility, that Notch induces the expression of an AhR ligand, which in turn drives the induction of the IL-22 expression. The results shown here, affirm the idea that Notch functions as a multilateral signal integrator in T-helper-cells. It is further shown that this integration is only partly regulated by differential gene expression. This work describes a Notch induced mechanism for the expression of IL 10 in TH1-cells, corroborating that the expression is mediated by c-Maf, dependent on Blimp 1, and independent on AhR.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-47207
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4245
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3948
Exam Date: 10-Jan-2014
Issue Date: 19-Feb-2014
Date Available: 19-Feb-2014
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Genexpressionsanalyse
Immunmodulation
Notch
T-Helfer-Zellen
Gene expression analysis
Immune modulation
T helper cells
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Institut für Biotechnologie » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
heinrich_frederik.pdf11.46 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.