Identifikation pathogenetischer Signaturen für die Dermatomyositis – mit Fokus auf PD1 und Typ I Interferon Signalwegen

Abstract

Die Dermatomyositis (DM) ist eine seltene Autoimmunerkrankung, die zu der Gruppe der idiopathischen inflammatorischen Myopathien gehört. Sie präsentiert sich mit einem heterogenen klinischen und morphologischen Krankheitsbild. Primär sind die Haut und proximale Skelettmuskulatur betroffen, doch auch innere Organe können betroffen sein. Auf der Basis myositis-spezifischer Autoantikörper (MSA) lassen sich distinkte Subgruppen der DM mit unterschiedlichem Phänotyp voneinander abgrenzen. Zu den häufigsten Autoantikörpern gehören Anti-Mi-2, Anti-TIF-1 und Anti-MDA5, welche auch in dieser Arbeit untersucht wurden. Die ätiopathogenetischen Mechanismen, die der DM zugrunde liegen, sind bis dato noch nicht komplett verstanden. Eine Hypothese postuliert eine gesteigerte Interferonantwort, eine andere postuliert eine dysregulierte Immuncheckpoint-Inhibition über PD1 und dessen Liganden. Die „Typ I Interferon Hypothese“ wird untermauert durch die bekannte, distinkte Interferon Typ 1 Signatur, die im Muskel, Blut und Hautgewebe von DM Patienten gefunden werden kann. In dieser Arbeit wurde auf verschiedenen Wegen untersucht, ob die DM eine genetische Grundlage besitzt, insbesondere ob oben genannte Hypothesen auf einer genetischen Basis beruhen.

Zunächst konnte auf histologischer Ebene gezeigt werden, dass Immunzellen im Muskelgewebe von DM Patienten PD1 und dessen Liganden L1 und L2 exprimieren und die Expressionslevel vom Autoantikörper abhängen. Diese Entdeckung konnte mittels qPCR bestätigt werden.

Durch eine Analyse mittels WES konnten anschließend verschiedenste Mutationen gefunden werden:

Genetische Veränderungen fanden sich in sechs Genen, die zur bekannten Interferon Typ 1 Signatur von DM Patienten gehören (HLA-DRB1, IFI44L und andere). Diese scheinen aufgrund ihres seltenen Vorkommen in der Allgemeinbevölkerung eine primäre Rolle für die Krankheitsentstehung von DM zu spielen. Darüber hinaus gehend fanden sich zehn Gene, die durch ein häufiges Auftreten in der Allgemeinbevölkerung gekennzeichnet waren und daher eher als Prädispositions-Signatur gesehen werden können (unter anderem HLA-A, HLA-B, IFIH1, IFI16). Zusätzlich konnten sechs veränderte Gene gefunden werden, die Teil des PD1 Signalweges sind, wie PIK3C2G und PIK3C3.

Auch eine DM spezifische und Autoantikörper-spezifische Signatur konnte identifiziert werden: unter die DM spezifischen Gene fielen unter anderem ANKRD36, CNN2 und MUC16. Unter die Autoantikörper-spezifischen Gene AGAP4, MPRIP, RAI1 und CABP1 für die Anti-Mi-2+ DM Patienten, und USF3 für Anti-TIF-1 Patienten, eine weitere Veränderung im Gen USP17L10 war nur in den beiden Autoantikörpergruppen von Anti-Mi-2+ und Anti-TIF-1 Patienten detektierbar. Interessanterweise fand sich bei acht Genen ein Zusammenhang mit dem PI3K/AKT Signalweg (ANP32B, USF3, MET, SYTL1, PIK3C2G, PIK3C2B, PIK3C3, HRAS).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Daten sowohl die Interferon- als auch die Immuncheckpoint-Hypothese unterstützen, wobei ein zentraler Signalweg in der Pathogenese über PI3K/AKT reguliert zu werden scheint.

Dermatomyositis (DM) is a rare autoimmune disease which belongs to the idiopathic inflammatory myopathies. It is characterized by a heterogeneous clinic and morphologic phenotype. The disease primarily affects the skin and the proximal skeletal muscles, however even internal organs can be involved. Myositis-specific autoantibodies (MSA) help distinguish between subgroups of DM harbouring unique phenotypes. The most common MSA include anti-Mi-2, anti-TIF-1 and anti-MDA5, all of which have been assessed in this thesis. The etiopathogenetic mechanisms underlying DM are not fully understood to this day. One hypothesis postulates an increased interferon type 1 response, another assumes a dysregulated immune-checkpoint inhibition via PD1 and its ligands. The type 1 interferon hypothesis is substantiated by the distinct interferon type 1 signature that can be found in the muscle, blood and skin tissue of DM patients. Here we investigated if DM harbours a genetic component, and especially whether the hypothesis mentioned above have a genetic basis.

Firstly, using histological stainings, it could be shown that immune cells in muscle tissue of DM patients express PD1 and its ligands L1 and L2 on different levels depending on their autoantibodies. These findings were verified through qPCR.

In addition to that, various genetic changes were identified through WES analysis:

Genetic changes were observed in six genes belonging to the known interferon type 1 signature of DM patients (HLA-DRB1, IFI44L and others). Due to their rare occurrence in the general population these seem to play a primary role in the pathogenesis of DM. Additionally, ten more genes could be recognized which appear in high frequency in the general population and can therefore be categorized as predisposition signature (HLA-A, HLA-B, IFIH1, IFI16 and more). Moreover, we could identify six additional genes which are part of the PD1 signalling pathway like PIK3C2G and PIK3C3. Furthermore, a DM specific and auto-antibody specific signature could be identified: the DM specific genes consisted amongst others of ANDKRD36, CNN2 and MUC16. The auto-antibody specific genes were comprised of AGAP4, MPRIP, RAI1 and CABP1 for anti-Mi-2+ patients, and USF3 for anti-TIF-1 patients. A change in the USP17L10 gene could only be detected in subgroups of anti-Mi-2+ and anti-TIF-1 patients Interestingly, eight identified genes were linked to the PI3K/AKT signalling pathway (ANP32B, USF3, MET, SYTL1, PIK3C2G, PIK3C2B, PIK3C3, HRAS).

In conclusion the data provides supporting evidence for both the interferon- as well as the immune checkpoint hypothesis. The PI3K/AKT signalling pathway seems to be a central pathway regulating the pathogenesis of DM.