Bibliographic Metadata

Title
The role of myeloid PTEN in autoimmune diseases / submitted by Emine Sahin
AuthorSahin, Emine
CensorSchabbauer, Gernot
Published2014
DescriptionXI, 105 S. : zahlr. Ill. u. graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2014
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)PTEN / PI3K / Arginase 1 / EAE / Multiple Sklerose
Keywords (EN)PTEN / PI3K / Arginase 1 / EAE / Multiple Sclerosis
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5762 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
The role of myeloid PTEN in autoimmune diseases [17.6 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Der Phosphoinositol 3-Kinase Signalweg zählt zu den fundamentalen intrazellulären Signalwegen in antigenpräsentierenden Zellen, die eine entscheidende Rolle bei der Initiierung von Immunantworten spielen und somit eine adäquate Immunreaktion sicherstellen. Die Phosphoinositol Phosphatase PTEN agiert als starker Regulierer für die Aktivierung der Kinase. Bisher sind entscheidende Funktionen von PTEN in antigenpräsentierenden Zellen nur zum Teil geklärt worden. In dieser Dissertation demonstrieren wir erstmalig, dass der Verlust von PTEN in Zellen myeloider Abstammung zu einem regulatorischen Phänotyp führt. PTEN defiziente antigenpräsentierende Zellen sind charakterisiert durch eine vermehrte Expression von Arginase 1 und Stabilin 1, zwei prominente Marker für Immunzellen, die eine Polarisation zu einem alternativ aktivierten Phänotyp aufweisen. Das spiegelte sich auch in der zunehmenden Aktivierung und Expression von STAT3 und C/EBPß wieder, zwei Transkriptionsfaktoren, bekannt dafür, Arginase 1 Expression auf transkriptioneller Ebene zu induzieren. Das Zytokinexpressionsmuster von PTEN defizienten myeloiden Zellen erbrachte weitere Hinweise für den beobachteten regulatorischen zellulären Phänotyp. Antigenpräsentierende Zellen ohne PTEN zeigten eine Reduktion von inflammatorischen Mediatoren wie Interleukin-6, Interleukin-12, TNF[alpha] und iNOS. Darüber hinaus war die Sekretion von Arginase 1, einem Harnstoffzyklusenzym mit bekanntlich immunmodulatorischen Eigenschaften, enorm verstärkt. Antigenpräsentierende Zellen übermitteln Signale mittels ausgeschütteter Zytokine und bestimmen dadurch die endgültige Festlegung und Differenzierung von T-Helferzellen. T-Zellen, welche mit PTEN defizienten antigenpräsentierende Zellen inkubiert wurden, hatten eine verminderte Fähigkeit zu Th17 Zellen zu polarisieren, konnten aber ungehindert proliferieren, eine Eigenschaft, die für die sogenannte klonale Expansion notwendig ist. Multiple Sklerose ist eine organspezifische autoimmune Erkrankung, vermittelt durch pathogene T-Zellen, insbesondere durch Th17 Zellen. Wir verwendeten zwei verschiedene Ansätze, um die Rolle von PTEN und Arginase 1 im experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) Modell zu studieren, das analoge Erkrankungsmodell in Nagetieren, welches eine ähnliche Pathogenese aufweist und durch eine Immunisierung mit Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein ausgelöst wird. In unserem experimentellen Ansatz immunisierten wir Mäuse ohne myeloide PTEN Phosphatase und stellten eine substantielle Protektion vor EAE Manifestation fest. Um die Beteiligung und Signifikanz von Arginase 1 zu studieren etablierten wir einen pharmakologischen Ansatz und behandelten EAE immunisierte Mäuse mit rekombinanter pegylierter Arginase 1.

Behandelte Mäuse, demonstrierten eine signifikante Reduktion der Schwere der Symptome (entwickelten signifikant weniger starke Symptome) und einen verzögerten Ausbruch der Erkrankung. Angesichts der oben beschriebenen Beobachtungen schlagen wir die Hypothese vor, dass die PI3K-PTEN Signalachse den Phänotyp von antigenpräsentierende Zellen reguliert, und dadurch die Pathogenese von EAE beeinflusst. Des Weiteren sind wir die Ersten, die eine PI3K-PTEN vermittelte Arginase 1 Expression aufzeigen, die als parakiner Regulierer der Immunität agiert.

Abstract (English)

The Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling cascade belongs to one of the fundamental intracellular pathways in antigen presenting cells (APCs), which play key roles in initiating immune responses and thus indemnify an adequate immune reaction. The phosphoinositide phosphatase and tumor suppressor phosphatase deleted on chromosome 10 (PTEN) acts as a tight regulator of kinase activation. Until now crucial functions of PTEN in APCs are only partially resolved. In this thesis we demonstrate for the first time that a loss of PTEN in cells belonging to the myeloid linage skews APCs towards a regulatory, anti-inflammatory phenotype. APCs deficient in PTEN are characterized by an upregulation of Arginase 1 and Stabilin 1, two prominent markers for immune cells polarized towards an alternatively activated cellular phenotype. This was reflected by increased activation as well as expression of STAT3 and C/EBPß respectively, two factors identified to induce Arginase 1 expression on the transcriptional level. The cytokine expression pattern found in pten-/- myeloid cells provided further evidence for the observed regulatory cellular phenotype. APCs lacking PTEN revealed a reduction of inflammatory cytokines interleukin 6 (IL-6), interleukin 12 (IL-12/23), tumor necrosis factor [alpha] (TNF-[alpha]) and inducible nitric oxide synthase (iNOS). Furthermore the secretion of Arginase 1, a urea cycle enzyme, which is known to possess immunomodulatory properties, was tremendously enhanced. Antigen presenting cells signal via cytokines and thereby orchestrate the commitment and differentiation of T helper cells. T cells which encounter PTEN deficient APCs were incapable to polarize towards the Th17 cell subset, but were not detained from proliferation, a necessity for the so-called clonal expansion. Multiple sclerosis (MS) is an organ-specific autoimmune disease mediated by pathogenic T cells, especially Th17 cells. We conducted a dual approach to investigate the role of PTEN and Arginase 1 in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) the analogue disease model in rodents, manifesting a similar pathogenesis and triggered by immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG). In our experimental approach we MOG immunized mice devoid of myeloid PTEN and observed a substantial protection from EAE. To investigate the involvement and significance of Arginase 1 we established a pharmacological approach and treated mice immunized for EAE with recombinant pegylated Arginase 1. Treated mice displayed significantly reduced severity and delayed onset of the disease. In light of the observations outlined above, we propose the notion that the PI3K-PTEN signaling axis regulates the phenotype of APCs and thereby influences the pathogenesis of EAE. Furthermore we are the first to show a PI3K/PTEN-mediated Arginase 1 expression acting as a paracrine regulator of immunity.