Die Rolle des Interleukins 17A im allergischen Asthma

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2015-06-08
Issue Year
2015
Authors
Graser, Anna
Editor
Abstract

Die chronisch entzündliche Erkrankung Asthma bronchiale ist charakterisiert durch eine Hyperreaktivität und reversible Obstruktion der Atemwege, Mukushypersekretion, irreversible bronchiale Umbauprozesse und damit einhergehend wiederholt auftretende Symptome akuter Atemnot, begleitet von Husten und pfeifenden Atemgeräuschen. Das allergische Asthma bronchiale beruht auf einer Überempfindlichkeitsreaktion gegenüber eigentlich harmlosen Antigenen. Dies ist die Folge einer unzureichenden immunologischen Toleranz. Bei Asthmatikern ist v. a. das Gleichgewicht zwischen regulatorischen T Zellen, Th1- und Th2 Zellen zugunsten einer Th2 Immunantwort verschoben. Es hat sich aber vor Kurzem auch gezeigt, dass Th17 Zellen und das von ihnen produzierte „Interleukin“ IL 17A mit der Schwere der Erkrankung korreliert. Daher sollte der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Analyse der Rolle des Zytokins IL 17A im allergischen Asthma bronchiale liegen. Für die Untersuchungen in einem murinen Modell allergischen Asthmas wurden Wildtyp- und IL 17A defiziente Mäuse verwendet. Es konnte beobachtet werden, dass IL 17A defiziente Mäuse eine verstärkte Atemwegshyperreaktivität (AHR) aufwiesen, was mit einer vermehrten Produktion des Zytokins IL 13 einherging. Der Anteil der neutrophilen Granulozyten sowie die Anzahl an mukusproduzierenden Zellen war im Vergleich zu asthmatischen Wildtyp Mäusen verringert. Weiterhin fiel auf, dass in Abwesenheit von IL 17A die Differenzierung von Mastzellen aus dem Knochenmark und deren Fähigkeit Histamin zu produzieren und zu speichern stark eingeschränkt war. In asthmatischen IL 17A defizienten Mäusen wurde besonders das für Th2 Zellen typische Zytokin IL 4 vermehrt gebildet, wohingegen der für Th1 Zellen typische Botenstoff IFN- nur vermindert freigesetzt wurde. In einem weiteren Teil der Arbeit sollte untersucht werden, ob IL 17A an der Vermittlung der Immuntoleranz beteiligt ist. Für diese Untersuchungen wurde in Wildtyp- und IL 17A defizienten Mäusen eine Atemwegstoleranz induziert. Es konnte beobachtet werden, dass IL 17A defiziente Mäuse im Toleranzmodell eine deutlich geringere AHR aufwiesen, als asthmatische IL 17A defiziente Mäuse. Sie reagierten jedoch immer noch stärker als tolerogene Wildtyp Mäuse. Im Toleranzmodell konnte bei IL 17A defizienten Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen eine verringerte Differenzierung von regulatorischen CD4+CD25+Foxp3+ T Zellen beobachtet werden, wohingegen Il 10 und Tgf vermehrt exprimiert wurden. Es konnte aber auch gezeigt werden, dass bei tolerogenen IL 17A defizienten Mäusen im Vergleich zu tolerogenen Wildtyp- Mäusen die Genexpression von Il 21, Il 21r, Il 6, Il 6r und Cxcr5 anstieg, was für eine vermehrte Differenzierung von follikulären T Helferzellen spricht. Diese Zellen tragen zur B Zell-vermittelten Toleranz bei. Weiterhin ist bereits bekannt, dass die IL 6/IL 6R Achse regulatorische T Zellen inhibiert, welche eine Schlüsselfunktion bei der Vermittlung der immunologischen Toleranz einnehmen. Daher bedarf es in diesem Modell noch weiterer Untersuchungen, um herauszufinden, ob die suppressiven Eigenschaften der regulatorischen T Zellen in Abwesenheit von IL 17A unterdrückt werden. Es ist bereits bekannt, dass Rhinoviren in Hinblick auf Aeroallergene die Induktion der Atemwegstoleranz negativ beeinflussen. Außerdem spielen Rhinoviren bei der Pathogenese des Asthma bronchiale eine wichtige Rolle, da sie als Auslöser der Erkältungskrankheit häufig für Verschlimmerungen der Asthmasymptomatik verantwortlich sind. In einem weiteren Abschnitt dieser Arbeit sollte untersucht werden, wie sich virale Infektionen auf den Verlauf des Asthmas auswirken und welche Rolle IL 17A in diesem Zusammenhang spielt. Mit Hilfe humaner PBMCs von gesunden und an Asthma erkrankten Kindern konnte gezeigt werden, dass eine Rhinovirusinfektion in den oberen Atemwegen zu einer verminderten Freisetzung und Genexpression von IL 17A und der antiviralen 2´-5´Oligoadenylatsynthetase 1 (OAS1) innerhalb der Asthmagruppe führte. Dies ging einher mit einer vermehrten Genexpression des Th1 typischen Transkriptionsfaktors T BET, welcher in der Lage ist, die IL 17A Produktion zu inhibieren. Weiterhin konnte bei diesen Kindern beobachtet werden, dass sich die Einnahme von Steroiden bei Kindern mit Asthma negativ auf die OAS1 und IL 17A Genexpression auswirkte. Weitere Untersuchungen im murinen Modell konnten zeigen, dass sowohl in naiven als auch asthmatischen IL 17A defizienten Mäusen Oas1g, ein Mitglied der antiviralen OAS1 Familie, im Lungengewebe, in den Lymphknoten, in CD4+ und CD11c+ Lungenzellen sowie in Mastzellen aus dem Knochenmark stark vermindert exprimiert wurde. In den CD4+ und CD11c+ Lungenzellen war gleichzeitig auch die Ifn Genexpression beeinträchtigt. Der direkte Einfluss von IL 17A auf die Genexpression von Oas1g konnte durch den Einsatz einer Il-17a siRNA bestätigt werden. Auch CD8+ T Zellen spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Viren. Es konnte gezeigt werden, dass der Anteil an CD8+ T Zellen in naiven IL 17A defizienten Mäusen vermindert war und somit Auswirkungen auf die virale Clearance haben könnte. Für weitere Untersuchungen wurden verschiedene Zelltypen in vitro mit dem Rhinovirus 1b infiziert. Es konnte beobachtet werden, dass sowohl IL 17A defiziente Mastzellen aus dem Knochenmark als auch naive CD4+ Lungenzellen nicht in der Lage waren, die Virusreplikation zu unterdrücken, was mit einer stark reduzierten Oas1g mRNA Expression einherging, während die Ifn Genexpression nicht beeinträchtigt war. Dies weist daraufhin, dass IL 17A Oas1g in diesen Zellen induziert und dadurch die Virusreplikation unterdrückt, während es keinen Einfluss auf Ifn hat. Bei CD4+ T Zellen aus der Lunge von asthmatischen Wildtyp Mäusen nahm nach der Infektion die IL 17A Produktion ab, wodurch sich der Rhinovirus ähnlich stark replizieren konnte wie in IL 17A defizienten Zellen astmatischer Mäuse. Vor dem Hintergrund einer Asthmaerkrankung weisen diese Ergebnisse darauf hin, dass der Rhinovirus IL 17A inhibiert, um so die antivirale Immunantwort des Wirts abzuschwächen. Zusammenfassend zeigen die durchgeführten Untersuchungen, dass das Zytokin IL 17A sowohl beim Verlauf des allergischen Asthma bronchiale als auch bei der antiviralen Immunantwort eine wichtige Rolle spielt. Weiterhin scheint dieses Zytokin auch bei der Vermittlung der immunologischen Toleranz beteiligt zu sein.

DOI
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