Role of monocytes and Th17 cells in the pathogenesis of graft-versus-host disease - influence of S100 proteins and Hsp90
Hematology, Oncology
Final Report Abstract
Eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität nach allogener HCT ist das Auftreten einer GvHD. Die Pathogenese der GvHD ist komplex und immer noch nicht vollständig geklärt. Ziel des vorliegenden Projekts war es Monozytensubtypen näher zu charakterisieren und deren Rolle im Rahmen einer GvHD hinsichtlich der Induktion von pro-inflammatorischen MDR1+Th17.1 Zellen herauszustellen. Des Weiteren sollte der Einfluss von Steroiden auf die Monozyten vermittelte Induktion von MDR1+Th17.1 Zellen untersucht werden und die Immunregulation dieser Zellen im Kontext der GvHD näher charakterisiert werden. Um neue Therapieansatzunkte herauszusetellen sollten außerdem der Einfluss von HSP90 hinsichtlich der Entstehung von Monozytensubtypen herausgestellt werden und die Signalwege von HSP90 und S100 Proteinen hinsichtlich Überschneidungen analysiert werden. Unsere Daten zeigen, dass der Anteil an klassischen Monozyten im Peripherblut von Patienten mit einer akuten oder chronischen GvHD im Vergleich zu gesunden Spendern signifikant verringert ist, wohingegen der Anteil an intemediären Monozyten signifikant erhöht ist. Es konnte kein Unterschied bei den nicht-klassichen Monozyten zwischen den gesunden Spendern und Patienten mit einer GvHD detektiert werden. Der Anteil an intermediären Monozyten im Periphärblut von Patienten mit einer akuten GvHD korreliert ausßerdem mit dem Anteil an induzierten inflammatorischen MDR1+Th17.1 Zellen. Diese Ergebnisse wurden weiter bestätigt, indem Monozytensubtypen isoliert, mit CD4+ T Zellen ko-kultiviert und die Induktion von MDR1+Th17.1 Zellen analysiert wurde. Die Daten zeigen, dass isolierte intermediäre Monozyten verstärkt MDR1+Th17.1 Zellen induzieren im Vergleich zu klassischen und nicht-klassischen Monozyten. Die Zugabe des Glucocorticoids Prednisolon, welches häufig zur Therapie einer GvHD eingesetzt wird, in Ko-Kulturen aus Monozyten und CD4+ T Zellen geht mit erhöhten Anteilen an induzierten MDR1+Th17.1 Zellen einher. Jedoch lassen sich die Spender in zwei Gruppen unterteilen. Die responder Gruppe, bei der verstärkt MDR1+Th17.1 Zellen induziert werden, geht mit einem verringerten NLRP3 Expressionslevel einher, wohingegen bei der non-responder Gruppe ein inverser Verlauf zu verzeichnen ist. Eine Behandlung der Monozyten mit 1α,25-(OH)2D3 induziert einen anti-inflammatorischen Effekt und geht, auch im Beisein von Prednisolon, mit verringerten Anteilen an MDR1+Th17.1 Zellen einher. Des Weiteren führt eine 1a,25-(OH)2D3 Behandlung der Monozyten dazu, dass der Anteil an intermediären und nicht-klassischen Monozyten verringert wird, wohingegen der Anteil an klassischen Monozyten zunimmt. Das Level an MDR1+Th17.1 Zellen, induziert durch 1α,25-(OH)2D3 behandelte Monozyten, sowie die Expression des pro-inflammatorischen Zytokins IL-6, korrelieren signifikant mit dem Anteil an intermediären Monozyten, wohingegen bei den klassischen Monozyten eine inverse Korrelation detektierbar ist. Das Level an nicht-klassischen Monozyten korreliert weder mit dem Anteil an MDR1+Th17.1 Zellen, induziert durch 1α,25-(OH)2D3 behandelte Monozyten, noch mit der monocytären IL-6 Expression. Weitere Daten zeigen, dass eine 1α,25-(OH)2D3 Behandlung der Monozyten zu einem verringerten Expressionslevel der Targets JAK2 und CD74 führen, welche beide mit einer verstärkten T Zellaktivierung einher gehen. Ein weiteres Ziel war es den Einfluss von HSP90 hinsichtlich der Induktion von MDR1+Th17.1 Zellen zu untersuchen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine chemische Inhibition von HSP90 mit AUY922 zu leicht erhöhten Anteilen an intermediären Monozyten in der gesamten Monozytenpopulation führt, wohingegen der Anteil an klassischen und nicht-klassischen Monozyten unbeeinflusst bleibt. In Ko-Kulturen führt dieser HSP90 Inhibitor jedoch dazu, dass der Prednisolonvermittelte Effekt, welcher zu einem erhöhten Anteil an induzierten MDR1+Th17.1 Zellen führt, aufgehoben wird. Diese Auswirkungen könnten darauf zurück zu führen sein, dass dieser HSP90 Inhibitor in der Ko-Kultur neben den Monozyten auch auf die CD4+ T Zellen beeinflusst und somit diesen anti-inflammatorischen Effekt induziert, obwohl gleichzeitig intermediäre Monozyten induziert werden. Da Monozytensubtypen eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der GvHD zu spielen scheinen, wurde deren Phänotyp und Entwicklung im Kontext einer GvHD näher analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass intermediäre Monozyten die Hauptproduzenten der inflammatorischen Zytokine IL-6 und TNFα sind, welche an der Entstehung von Th17 Zellen beteiligt sind. Diese Daten weisen auf einen inflammatorischen Phänotyp dieses Monozytensubtyps hin. Des Weiteren konnten neue Einblicke in die Entstehung von Monozytensubtypen gewonnen werden. Unsere Daten zeigen, dass Prednisolon die Entstehung von intermediären Monozyten aus klassischen Monozyten fördert, was wiederum mit dem HSP70 Expressionslevel in den Monozyten korreliert. Eine 1α,25-(OH)2D3 Behandlung führt zur Hemmung der Prednisolon-vermittelten Entstehung dieses inflammatorischen Monozytensubtyps und zu einem geringen HSP70 Expressionslevel. Eine Behandlung der klassischen Monozyten mit Pifithrin-µ, einem spezifischen chemischen HSP70 Inhibitor, führt ebenfalls zu einer verringerten Entstehung der intermediären Monozyten im Beisein von Prednisolon. Des Weiteren wurde der Einfluss von Monozyten auf die Entstehung von MDR1+Th17.1 Zellen mit den Effekten von dendritischen Zellen hinsichtlich der Entstehung dieser T Zellsubpopulation untersucht. Insgesamt weisen dendritische Zellen, unabhängig vom Ausreifungsprotokoll, verringertes Potential hinsichtlich der Induktion von MDR1+Th17.1 Zellen im Vergleich zu Monozyten auf und könnten daher eine eher protektive Rolle bei inflammatorischen Reaktionen einnehmen. Zusammenfassend deuten die Daten darauf hin, dass eine 1α,25-(OH)2D3 Behandlung ein wichtiger Regulator in der Monozyten-vermittelten Entstehung von MDR1+Th17.1 Zellen sein könnte und damit ein vielversprechendes Therapeutika in Kombination mit Glucocorticoiden zur Behandlung einer GvHD darstellen könnte. Des Weiteren weisen die Ergebnisse darauf hin, dass sich intermediäre Monozyten aus klassischen Monozyten entwickeln können, wobei das Hitzeschockprotein HSP70 eine zentrale Rolle zu spielen scheint. Somit scheint HSP70, besonders in Kombination mit Glucocorticoiden, ein potentieller Ansatzpunkt für eine GvHD Therapie zu sein, um letztendlich den Anteil an inflammatorischen intermediären Monozyten zu verringern.
Publications
- American Society of Hematology (ASH); 5.-8. Dezember 2015; Orlando; USA. Role of Monocytes and Pro-Inflammatory Th17 Cells Expressing Multi-Drug Resistance Protein Type 1 in the Pathogenesis of Graft-Versus-Host Disease
Reinhardt K, Handgretinger R, Bethge W, Holzer U
- European Bone Marrow Transplantation (EBMT); 26.-29. März 2017; Marseille; Frankreich. Influence of prednisolone and 1α,25-Dihydroxyvitamin D3 on the induction of pro-inflammatroy MDR1+Th17.1 cells regarding their application in steroid-refractory GvHD
Reinhardt-Heller K, Hirschberg, I, Handgretinger R, Lang P,Bethge WA, Holzer U
- Involvement of monocyte subpopulations, prednisolone and 1α,25-Dihydroxyvitamin D3 in the induction of MDR1+Th17.1 cells and their role in GvHD. Biol Blood Marrow Transplant, 2017
Reinhardt-Heller K, Hirschberg I, Lang P, Vogl T., Handgretinger R, Wolfgang A. Bethge W, Holzer U
(See online at https://doi.org/10.1016/j.bbmt.2017.08.008)
