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Mechanism of IL-2 induced transplantation tolerance
Daniel Simon
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Nina Pilat-Michalek
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12292.27972.717969-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Die Transplantation von soliden Organen ist die Behandlung der Wahl sowie die einzige kurative Therapie für Organversagen im Endstadium. Trotz eindrucksvoller Verbesserungen bezüglich der Erfolgsrate von Transplantationen hat sich die Langzeitüberlebensrate nach Organtransplantation in den letzten drei Jahrzenten nicht wesentlich verbessert. Der Mangel an geeigneten Spenderorganen stellt ein derzeit ungelöstes Problem dar und bietet Raum für Verbesserungen. Des Weiteren weisen derzeitige immunosuppressive Behandlungen teils stark Nebeneffekte auf die zu einer erhöhten Morbidität sowie Mortalität bei Organempfängern führen. Toleranz wird als der „Heilige Gral“ der Transplantation beschrieben da es durch Immunsuppressiva entstehende Probleme lösen würde und ein unbegrenztes Überleben des Spender-Organes mit sich bringen würde. Einige Strategien zur Induktion von Toleranz im Transplant-Setting haben bereits vielversprechende Ergebnisse in der präklinischen Forschung erzielt. Unter den Zell basierenden Strategien zur Induktion von Toleranz gelten Behandlungsmethoden die auf regulatorischen T-Zellen (Tregs) basieren, als besonders vielversprechend. Tregs sind essenziell für die Homöostase der zellulären Bestandteile des Immunsystems und für die Toleranz gegenüber Selbstantigenen. Zwar wurden diverse Zelltypen mit regulatorischen Eigenschaften beschrieben, der allgemeine Konsensus ist aber, dass Zellen die die Oberflächenmarker CD4, CD25 sowie den intrazellulären Marker FoxP3 aufweisen die wichtigsten sind. Es konnte gezeigt werden, dass die Behandlung mit speziellen Komplexen bestehend aus Interleukin-2 (IL-2) sowie anti-IL-2 Antikörpern (mAb) (IL-2 cplxs) zu einer selektiven Expansion von Tregs führt und die im Mausmodell zu Toleranz gegenüber allogenen Inselzell-Transplantaten führt, die Überlebensdauer von Haut-Transplantaten jedoch kaum verlängert. Pilat et al. haben daher ein auf diesen IL-2 cplxs beruhendes Protokoll entwickelt (IL-2 cplx Protokoll) das eine signifikant erhöhte Überlebensdauer von murinen Haut-Transplantaten ohne immunsuppression ermöglicht. Die hier präsentierten Daten basieren auf diesen Ergebnissen. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir das Niveau an Tregs im Spenderorgan unter Gabe des IL-2 cplx Protokoll (IL-2 Komplexe in Kombination mit mTOR Inhibition und anti-inflammatorischer Kurzzeit-Medikation) bestimmt und dieses mit dem Niveau unter Gabe von IL-2 cplxs verglichen. Darüber hinaus präsentieren wir hier die ersten Studie des IL-2 cplx Protokoll in einem klinisch relevanten murinen Modell der Herztransplantation. Wir haben außerdem etwaige Einflüsse bestimmter Mausstämme auf die Ergebnisse einer Behandlung mit dem IL-2 cplx Protokoll untersucht sowie diverse Populationen an Gedächtniszellen beobachtet. Des Weiteren haben wir den Einfluss von CD8 Depletion auf Tregs in der Milz sowie Haut-Transplantaten von Mäusen analysiert. Wir konnten zeigen, dass Mäuse unter Behandlung mit dem IL-2 cplx Protokoll deutlich gesteigerte Treg Prozentwerte in Haut-Transplantaten sowie Milz aufweisen. Darüber hinaus weißen Mäuse die mit dem IL-2 cplx Protokoll behandelt wurden eine deutlich geringere Variabilität der Treg Werte auf als Mäuse die mit IL-2 cplxs behandelt wurden. Dies deutet auf eine gesteigerte Robustheit des IL-2 cplx Protokoll hin. Die Behandlung mit dem IL-2 cplx Protokoll führt zu einer drastisch Verlängerten Überlebensdauer von transplantierten Herzen in einem murinen Modell der Herztransplantation und führt zu deutlich erhöhten Treg Werten im Blut der entsprechenden Mäuse. Etwaige Einflüsse bestimmter Mausstämme auf die Ergebnisse einer Behandlung mit dem IL-2 cplx Protokoll konnten leider nicht abschließend analysiert werden da die Ergebnisse durch eine Infektion beeinflusst wurden. Die Treg werde waren auch unter Behandlung mit anti-CD8+ mAb erhöht. Wir könnten daher bestätigen, dass eine Behandlung mit anti-CD8+ mAb keinen negativen Einfluss auf die Fähigkeit von IL-2 cplxs hat Tregs in vivo zu expandieren. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass eine Behandlung mit IL-2 cplxs die Werte an CD8+ Effektor-Gedächtnis-T-Zellen sowie CD8+Zentralen-Gedächtnis-T-Zellen vor der Transplantation jedoch nicht nach der Transplantation von Haut-Transplantaten senkt. Zusammenfassend bestätigen diese Ergebnisse die Bedeutung von Tregs im Transplantierten Organ und bestärken die Theorie, dass diese kausal für die gesteigerte Überlebensdauer des SpenderOrgans sind. Die vielversprechenden Ergebnisse bezüglich der Überlebensdauer von SpenderOrganen in einem murinen Modell der Herztransplantation unterstreichen das Hohe Potenzial dieser Behandlung für eine Übersetzung in die Klinik. Die mechanistischen Aspekte dieser Studie geben weitere Hinweise auf die Wirkungsweise des IL-2 cplx Protokoll und stellen somit einen weiteren Schritt in Richtung eines vollständigen Verständnisses der Prozesse dar die beobachtete Steigerung der Überlebensdauer des Spender-Organs auslösen.
Abstract
(Englisch)
Solid organ transplantation (SOT) is the treatment of choice and only curative treatment for end stage organ diseases. However, despite impressive improvements in SOT outcomes, long-term survival of allografts has not improved much in the last three decades. The scarcity of suitable donor organs creates an unmet medical need for improvement. In addition to this, side-effects of current immunosuppressive treatments are quite severe and the cause of considerable morbidity as well as mortality. Tolerance has been described as the elusive “holy grail” of transplantation as it would solve the problems associated with immunosuppressive drugs and provide indefinite graft survival. Pre-clinical research has provided various strategies for induction of tolerance, some of which show encouraging results in in vitro experiments as well as animal models. Among cell-based strategies for induction of tolerance treatment with regulatory T-cells (Tregs) shows great promise. Tregs are essential mediators of immune homeostasis and tolerance to self. To date various subsets of T-cells with proclaimed regulatory function have been described, but CD4+, CD25+, FoxP3+ cells are regarded to be the most important kind. It has been shown that treatment with certain Interleukin-2 (IL2) /anti–IL-2 monoclonal antibody (mAb) complexes (IL-2 cplxs) can selectively expand CD4+, CD25+, FoxP3+ Tregs and prolong survival of murine islet allografts. However, treatment with IL-2 cplxs did not lead to prolongation of skin graft survival in the stringent murine model. Pilat et al. developed an IL-2 cplx based tolerance protocol (IL-2 cplx protocol) that induced prolonged survival of skin allograft in the absence of immunosuppressive treatment. Based in these results the aims of this study are to evaluate Treg levels within skin allografts in mice treated with IL-2 cplxs as well as the IL-2 cplx protocol. In addition to this, we present the first evaluation of the IL-2 cplx protocol in a model of fully mismatched primarily vascularized heart grafts. Furthermore, we asses possible strain specificity of the IL-2 cplx protocol. Moreover, we analyzed memory cell subsets under treatment with IL-2 cplxs and IL-2 cplx protocol and we also evaluated the influence of anti-CD8+ mAb treatment on Tregs in spleen as well as skin allografts. We show that mice receiving the IL-2 cplx protocol have significantly elevated numbers of Tregs within skin grafts. Mice receiving the IL-2 cplx protocol show less variability in Treg numbers than mice receiving IL-2 cplxs alone. This indicates superiority in terms of efficacy of the IL-2 cplx protocol when compared to IL-2 cplxs alone. In addition to this, mice receiving the IL-2 cplx protocol exhibit drastically prolonged allograft survival of primarily vascularized heart grafts and show elevated Treg numbers in blood. Due to a confounding infection of mice, strain specificity could not be evaluated conclusively. Treg levels were significantly elevated in the spleen and skin grafts in all groups receiving the IL-2 cplx protocol or IL-2 cplxs, including groups receiving additional treatment with anti-CD8 mAb. We could thereby confirm that CD8 depleting mAbs do not interfere with in vivo Treg boosting via IL-2 cplxs. We show that IL-2 cplxs decrease the levels of CD8+ effector memory (EM) as well as CD8+ central memory (CM) before but not after transplantation. In conclusion these results underline the importance of Tregs within the allograft und further strengthen their causal role in mediating prolonged allograft survival. Furthermore, promising results in a clinically relevant murine model for heart transplantation emphasizes the potential for translation of the IL-2 cplx protocol into the clinic. The mechanistic analyses of this study provide valuable insights and constitute another step forward in the process of understanding the mechanisms that facilitate IL-2 cplxs mediated allograft survival.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
IL-2 Interleukin-2 Jes-6 Transplantation Tolerance Heart Skin IL-2 cplxs
Schlagwörter
(Deutsch)
IL-2 Interleukin-2 Jes-6 Transplantation Toleranz Herz Haut
Autor*innen
Daniel Simon
Haupttitel (Englisch)
Mechanism of IL-2 induced transplantation tolerance
Paralleltitel (Deutsch)
Mechanismus von IL-2 induzierter transplantations Toleranz
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
ohne Paginierung : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Nina Pilat-Michalek
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC15695220
Utheses ID
55209
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |
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