The activation of autoreactive T helper cells (Th cells) plays an essential role in the pathogenesis of demyelinating chronic autoimmune diseases, such as Multiple Sclerosis (MS). Uncovering the molecular mechanisms of these cells, by analyzing cytokine patterns and surface activation markers, therefore, provides an important insight into the activated T cell repertoire and consequently helps to unveil autoimmunological mechanisms.
In this study, CD4+ T cells obtained from 16 healthy donors and 20 MS patients were analyzed according to their memory features, expression of immune checkpoint receptors and cytokine profiles in general and relating to disease-associated changes. Complex relationships in the modulation of cytokine production were displayed with the help of a novel bioinformatic approach for “pattern recognition of immune cells” (PRI) developed in our group. Cytokine production in different Th subsets was analyzed, as well as patterns in cytokine co-producing memory T cells.
We found that IFNɣ, IL10 and IL21 frequency in memory T cells were increased with PD-1 upregulation whereas IL2, IL22 IL17, GMCSF, TNFα showed no direct correlation with PD-1 expression. In terms of cytokine production, flow cytometric data revealed elevated frequencies of IL10 producing effector memory T cells (Tem) in MS patients compared to healthy donors. Furthermore, an increased frequency of the OX40+ Th cells was found in MS patients. A subset of CD20+ T cells was identified that showed increased cytokine production indicating polyfunctional capacities. However, frequencies of CD20+ T cells in the blood of MS patients were comparable to those in healthy donors. We demonstrated the occurrence of a variety of complex Th cell subsets with memory and activation features and proposed PRI as a viable tool to characterize these subpopulations.
With MS being an extremely heterogeneous disease, frequencies of circulating T cells and cytokine-producing subsets showed significant spreading and did not generally correlate with disease status. Still, the analysis of cytokine profiles as well as surface receptor analysis provides important insight into the complex pathogenic mechanism in MS.
Autoreaktive T-Helferzellen und deren Aktivierung spielen eine wesentliche Rolle bei der Pathogenese chronisch-demyelinisierender Autoimmunerkrankungen, wie z.B. der Multiplen Sklerose. Um die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen besser zu erkennen und zu verstehen, wurden in dieser Arbeit kombinatorische Zytokinmuster und Oberflächenaktivierungsmarker analysiert.
Es wurden CD4+ TZellen von 16 gesunden Spendern und 20 MS-Patienten bezüglich der Expression von Gedächtnismarkern, ImmunCheckpointRezeptoren und Zytokinprofilen von THelferzellen im Allgemeinen, sowie im Hinblick auf krankheitsassoziierte Veränderungen analysiert. Komplexe Zusammenhänge in der Modulation der Zytokinproduktion wurden mit Hilfe eines in unserer Gruppe entwickelten neuartigen bioinformatischen Ansatzes zur „Mustererkennung von Immunzellen“ (PRI) dargestellt. Die Zytokinproduktion in verschiedenen THelferZellSubpopulationen, sowie Muster in Zytokinkoproduzierenden GedächtnisTZellen wurden analysiert.
Es konnte gezeigt werden, dass die Frequenzen von IFNɣ+, IL10+ und IL21+ TZellen mit der Expression von PD-1 positiv korrelierten. Weiterhin konnte eine Erhöhung der Frequenz von IL10 produzierenden TZellen bei Patienten mit Multipler Sklerose im Vergleich zu gesunden Spendern beobachtet werden. Darüber hinaus wurde bei den untersuchten Patienten eine erhöhte Frequenz der OX40+ THelferzellen festgestellt. Die Analyse der CD20+ TZellen zeigte eine erhöhte Zytokinproduktion und Aktivierungsmerkmale und weist somit auf polyfunktionale Kapazitäten dieser Zellen hin. Die Häufigkeit von CD20+ T-Zellen bei MS-Patienten war jedoch mit der von gesunden Spendern vergleichbar.
Diese Arbeit zeigt das Auftreten einer Vielzahl von komplexen T-Helfer-Zell-Subsets mit ihren Zytokinproduktionen und Aktivierungsfunktionen auf und präsentiert PRI als neues und hilfreiches Werkzeug zur Charakterisierung multifunktionaler ZellSubpopulationen. Die Arbeit liefert insgesamt wichtige Einblicke in die komplexen Aktivierungsmechanismen von TZellen, die unter anderem bei der Pathogenese der Multiplen Sklerose eine wichtige Rolle spielen.
