Die Rolle des Notch-Signalweges für die Modulation inflammatorischer T-Zell- Reaktionen

Abstract

TH1-Zellen können neben dem pro-inflammatorischen Zytokin IFN-auch das immunsuppressive Zytokin IL-10 exprimieren. Die auf diese Weise erzielte Selbstlimitierung von TH1-Immunantworten ist für den Organismus, wie bereits in Krankheitsmodellen wie Leishmaniose oder Toxoplasmose beschrieben, von entscheidender Bedeutung. Dennoch ist die Regulation dieser IL-10 Produktion in TH1-Zellen bisher nur unzureichend verstanden. In Vorarbeiten der Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass der Notch-Signalweg eine grundlegende Rolle in der Regulation der IL-10 Produktion von TH1-Zellen spielt. In der vorliegenden Arbeit wurde dieser in vitro beschriebene Mechanismus der Notch-vermittelten IL-10 Induktion nun in vivo näher untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass der Notch-Signalweg auch in vivo eine entscheidende Rolle in der Regulation der Selbstlimitierung pro- inflammatorischer T-Zell-Antworten durch die Induktion von IL-10 in TH1-Zellen darstellt. Eine Immunisierung mit Ovalbumin und dem TLR-Liganden CpG führte zu einer starken IL-10 Induktion in TH1-Zellen, die durch eine pharmakologische Blockade des Notch-Signalweges in vivo nahezu vollständig aufzuheben ist. Bei der Untersuchung der an der IL-10 Induktion beteiligten Notch-Liganden stellte sich heraus, dass insbesondere die Aktivierung von Notch durch den Liganden Delta-like 4 zur Expression des immunsuppressiven Zytokins IL-10 in TH1-Zellen führt. Daher wurde im Folgenden untersucht, welche APZ den Liganden Delta-like 4 exprimieren und so maßgeblich an der IL-10 Induktion in vivo beteiligt sein könnten. Hierbei zeigte sich, dass exklusiv die plasmazytoiden dendritischen Zellen den Liganden Delta-like 4 ex vivo in großen Mengen exprimieren und die Expression des IL-10 induzierenden Notch-Liganden Dll-4 auf pDZ durch die Stimulation mit dem TLR-Liganden CpG noch verstärkt wird. Interessanterweise zeigten weitergehende Untersuchungen, dass insbesondere pDZ im Vergleich zu anderen APZ Populationen sehr effiziente Induktoren von IL-10 in TH1-Zellen sind und diese IL-10 Induktion sowohl in vitro als auch in vitro abhängig von einer Aktivierung des Notch-Signalweges ist. Die vorliegende Arbeit beschreibt daher einen Mechanismus, mithilfe dessen pDZ über die Delta-like 4 vermittelte Aktivierung des Notch-Signalweges TH1-Immunantworten regulieren können, in dem sie zusätzlich zur Expression des pro-inflammatorischen Zytokins IFN-eine Expression des suppressiven Zytokins IL-10 TH1-Zellen induzieren. Der hier beschriebene Mechanismus ist auch therapeutisch durchaus interessant, bietet er doch die Möglichkeit in Autoimmunerkrankungen, die durch pro- inflammatorische TH1-Zellen vermittelt werden, durch eine gezielte Aktivierung von Notch, die IL-10 Produktion pathogener autoreaktiver TH1-Zellen zu stärken und damit ihr pro-inflammatorisches Potential zu vermindern. Dies könnte zum einen durch eine Stimulation von Notch mit Antikörpern oder einem rekombinant hergestellten Notch-Liganden Dll-4 geschehen, oder aber auch über eine Stimulation mit Dll-4 exprimierenden pDZ. In anderen Fällen könnte in chronischen Infektionen oder auch in der Tumorbekämpfung, in der eine Expression des Zytokins IL-10 unerwünscht ist, da es die Immunreaktion supprimiert, durch eine gezielte Blockade der Notch/Dll-4 Interaktion die IL-10 Produktion begrenzt werden und so eine wirksame Immunreaktion ermöglicht werden

Pro-inflammatory TH1 cells can produce large amounts of the immunosuppressive cytokine IL-10. This may reflect a regulatory mechanism that seems to be essential for the selflimitation of inflammatory T cell responses as it has been shown in disease models such as leishmaniosis or toxoplasmosis. In our group we could recently show that the Notch signalling pathway is a main regulator of IL-10 production by TH1 cells. In the present work, the mechanism of the Notch-mediated IL-10 induction has been further investigated in vivo. The results of the present thesis demonstrate that the Notch signalling pathway also plays a prominent role in the regulation of the self limitation of inflammatory T cell responses by the induction of IL-10 in TH1 cells in vivo. IL-10 induction in TH1 cells could be induced by an immunisation with Ovalbumin and Toll-like receptor 9 ligand CpG in vivo and was strongly reduced by pharmacological inhibition of Notch signalling. The contribution of the individual Notch ligands for IL-10 induction in TH1 cells in vivo was further investigated by the application of Notch ligand blocking antibodies and the given results clearly suggest that IL-10 induction in vivo is dependent on the Notch ligand Delta-like 4 (Dll-4). Hence, it was examined which subset of antigen presenting cells (APC) expresses the Notch ligand Dll-4 and could therefore be involved in the IL-10 induction in vivo. Interestingly, the expression of Dll-4 was found to be largely restricted to the APC subset of plasmacytoid dendritic cells (pDC) and was selectively acquired upon stimulation with Toll-like receptor 9 ligand CpG in vitro and in vivo. Furthermore, pDC, compared to other APC subsets, were most efficient in inducing IL-10 production by TH1 cells both in vitro and in vivo in a Dll-4/Notch dependent manner. The present thesis describes a mechanism by which pDC can regulate an immune response by inducing IL-10 production by TH1 cells. The given data contribute to a better understanding of the self limitation of inflammatory T cell responses and has implications for future therapeutic interventions for TH1 driven autoimmune diseases. This can be done by strengthening the IL-10 production of potentially autoreactive TH1 cells by activation of Notch either by stimulation with Notch antibodies or recombinant Dll-4 or a vaccination with Dll-4 expressing pDC. On the other hand one could block Notch/Dll-4 interactions in chronic infections or in tumor models where IL-10 expression is undesirable, to enable an appropriate immune response.