Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-643
Main Title: Effects of tissue-specific interferon-gamma expression on local inflammatory responses
Author(s): Koch, Markus
Advisor(s): Kaufmann, Stefan H.E.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In vielen Krankheiten, die durch unzureichend kontrollierte Entzündungsprozesse hervorgerufen werden, wurden entweder nur sehr geringe oder stark erhöhte Mengen des Zytokins Interferon-gamma (IFN?) in den betroffenen Geweben gefunden. Morbus Crohn z.B. ist eng verbunden mit erhöhten IFN? Mengen in betroffenen Geweben und im Gegenteil dazu nimmt man an, dass sich Asthma zumindest teilweise aufgrund von zu geringen IFN?-Mengen entwickelt. Die genaue Rolle, die IFN? bei der Entwicklung dieser beiden Krankheiten spielt ist bisher aber nicht eindeutig geklärt. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von lokal expremiertem IFN? bei der Entwicklung dieser beiden chronischen Entzündungserkrankungen in zwei Tiermodellen genauer zu untersuchen. Im ersten Teil haben wir die Rolle von lungen-spezifischem IFN? bei der Entwicklung der Asthma-ähnlichen allergischen Reaktion von Mäusen untersucht. Um unsere Untersuchung auf lungen-spezifisch produziertes IFN? zu beschränken, und um jeglichen Einfluss von endogenem IFN? zu verhindern, benutzten wir transgene Tiere mit konstitutiver lungen-spezifischer IFN?-Expression und deletiertem endogenem IFN?-Gen (CC10-IFN?-tg-IFN?-KO) und verglichen diese mit Wildtyp-Tieren (C57BL/6) und Tieren mit deletiertem IFN?-Gen (IFN?-KO). Die Analyse der Zytokinexpression ergab, dass in dem untersuchten Model, die lokale IFN?-Expression zu einer Erhöhung von IL-5 und IL-13 in asthmatischen Lungen führt, während IL-4 und die Menge an anti-OVA spezifische IgE Antikörper leicht verringert waren. Eines der wesentliches Kennzeichen von Asthma, Eosinophilie in der bronchoalveolaren Lavage (BAL), war in asthmatischen CC10-IFN?-tg-IFN?-KO Tieren verstärkt, obwohl die hyperreagibilität der Lunge gegen einen unspezifischen Bronchokonstriktor (AHR) in diesen Tieren verringert war. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse eindeutig pleiotropische Effekte von konstitutiver lungen-spezifischer IFN?-Expression in dem untersuchten Asthmamodel die trotz starker Eosinophilie in der BAL zu einer Verringerung der AHR führen. Ein zweites Ziel dieser Arbeit war die Generierung einer transgene Mauselinie, die ausschließlich IFN? im Darm produziert. Eine solche Maus würde ein (mögliches) murines Morbus Crohn Modell darstellen und die Analyse der Effekte von lokaler IFN?-Expression auf die Homöostase des mukosalen Immunsystems des Darms erlauben. Wir konstruierten drei Transgen-Kassetten, mit jeweils verschiedenen Promotoren. Die Injektion dieser Konstrukte in IFN?-KO-Oocyten führte zur Generierung von drei transgene Mauslinien. Eine dieser Linien (tgLI#4) zeigte geringe IFN?-Expression im Dünndarm und Kolon besaß jedoch einen unerwartet auffälligen Phänotyp. Tiere dieser Linie waren 30% leichter und tranken fünf mal mehr als nicht transgene Geschwister. Ferner befanden sich Erythrozyten im Urin dieser Tiere. Sie hatten somit Symptome von partiellem Nierenversagen. Histologisch konnten wir zeigen das die Tiere an Zysten in den Nieren und tubulointerstitialer und perirenaler Nephritis litten. Mögliche Ursachen für die beobachtete Nephritis könnten die für uns unerwartet hohe Mengen an produzierten IFN? in den Nieren dieser Tier sein, aber auch Integrationseffekte des Transgens. Genauere Untersuchungen ergaben eine Integration des Transgens in das Intron-1 des Gens, eines bisher nicht beschriebenen extrazellulären matrix Proteins mit dem Namen AMACO. Die Analyse der AMACO-Transkription in tgLI#4-Tieren ergab, dass die Integration des Transgens in der Niere zu einer nicht normalen Überexpression der gesamten AMACO mRNA führte. Obwohl die bislang generierten transgenen Tiere uns nicht erlauben die Rolle von darmspezifischem IFN? bei der Homöostase des mukosalen Immunsystems, der Entwicklung von Morbus Crohn ähnlichen Erkrankungen in Mäusen zu untersuchen, stellt die hier generierte Mauslinie tgLI#4 ein neuartiges in vivo Model dar, welches neue Einblicke in die Mechanismen der Entwicklung von tubulointerstieller Nephritis begleitet von Niereninsuffizienz erlaubt.
Overexpression or under-representation of interferon-gamma (IFN?) has been found in many dysregulated inflammatory responses. Inflammatory bowel disease (IBD) e.g. is associated with increased IFN? expression, and conversely, asthma is thought to develop partially due to a lack of IFN? expression. However, the role of local IFN? presence in these diseases has not been completely elucidated. The goal of this work, was to analyze the effects of tissue-specific IFN? expression in two models of inflammation-associated diseases. We studied the influence of IFN? on local inflammatory processes in the lung during an asthma like allergic response. To restrict our analysis to IFN? expression in the lung and to exclude influences of endogenous IFN?-production, we used a previously established transgenic mouse line with constitutive, lung-specific IFN? expression and a targeted deletion of the IFN?-gene (CC10-IFN?-tg-IFN?-KO mice) and compared the asthma-like reaction of these mice with that of wild-type (C57BL/6) and IFN?-KO mice. Analysis of cytokine and anti OVA-IgE levels in the lungs of asthmatic mice revealed that local IFN? expression increases the expression of IL-5 and IL-13. Consistent with the increased IL-5 and IL-13 levels, we found significantly increased eosinophilia in BALF of CC10-IFN?-tg-IFN?-KO mice, indicating that this hallmark of asthma is enhanced by local IFN? expression. In contrast, the other major feature of allergic asthma, airway hyperresponsiveness (AHR), was reduced by local IFN? expression. Whether this reduction was caused by lower levels of IL-4 and anti-OVA IgE, which we also observed in CC10-IFN?-tg-IFN?-KO mice, is not clear. In conclusion, our results clearly demonstrate pleiotropic actions of constitutive lung-specific IFN? expression in the model of allergic asthma. We also aimed at developing an IBD model, by generating mice that express IFN? exclusively in the gut, thus allowing the analysis of the effects of IFN? on the homeostasis of the mucosal immune system and the induction of IBD. We constructed three transgene cassettes with different promoters, each of them active in a different cell type of the gut epithelium. After verification in stably transfected cells, we performed numerous injections in oocytes, that resulted in three transgenic mouse lines. Animals of one of these lines, the tgLI#4 line, showed IFN? expression in the gut. Older mice of the tgLI#4 line showed symptoms of partial kidney failure. They drank excessive amounts of water and developed hematuria. Analysis of these mice revealed cysts within the kidneys and tubulointerstitial and perirenal nephritis. Unexpectedly, we found high IFN? expression from the transgene in these kidneys, which could be a reason for the development of inflammation. To exclude integration effects, we mapped the integration site of the transgene and found that the transgene had integrated into intron-1 of a gene coding for the extracellular matrix component AMACO. Analysis of AMACO expression in the kidney of tgLI#4 mice revealed that the transgene integration led to the overexpression of full length instead of a normally truncated and untranslated form of the AMACO mRNA. As changes in extracellular matrix composition could also account for many of the observed symptoms, it remains elusive, if the phenotypic changes in the kidneys and the symptoms of partial kidney failure on tgLI#4 mice were caused by IFN? overexpression or by the overexpression of full length AMACO in this organ. Nevertheless, the here generated mouse line tgLI#4 represents a novel in vivo model, which allows new insights into the development of autoimmune chronic tubulointerstitial nephritis, though we were not able to asses the role of local gut-specific IFN? in the development of IBD or in the control of infections with food borne pathogens yet.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-5457
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/940
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-643
Exam Date: 19-Nov-2003
Issue Date: 17-Dec-2003
Date Available: 17-Dec-2003
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Interferon-gamma entzündung transgen gewebe-spezifisch nephritis asthma
Interferon-gamma inflammation transgen tissue-specific nephritis asthma
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