Autoimmune encephalitis is a rare group of inflammatory brain diseases associated with autoantibodies against neuronal surface proteins, which play a key role in the pathogenesis of the disease. Exploration of the antibody repertoire in patients with autoimmune encephalitis has revealed that cerebral spinal fluid and serum samples regularly contain additional non-disease-defining antibodies with unresolved role and relevancy in disease pathomechanism. Therefore, our study aimed to explore the auto-antibody repertoire by systematically screening recombinant human monoclonal antibodies generated from the CSF of patients with autoimmune encephalitis. Additionally, the question of target accessibility for CNS targets in autoimmune encephalitis and other autoantibody-associated diseases is yet to be resolved. Recent studies suggest antibody-mediated barrier disruption of brain blood vessels as a possible mechanism of action. Therefore, in this work, we investigate the presence of brain vessel reactive autoantibodies by indirect immunofluorescent staining, aim to identify targets by immunoprecipitation and mass spectrometry and explore potential functional effects in vitro and in vivo. Our findings show a wide array of target structures of non-disease-defining antibodies and confirm the presence of autoantibodies targeted against brain blood vessels. For monoclonal antibody 011-138 with reactivity against both brain blood vessels and cerebellar Purkinje cells, we identify Myosin-X as a target antigen. Further, our results suggest that the treatment of hCMEC/D3 cells in our in vitro blood-brain barrier model with monoclonal antibody 011-138 leads to impaired barrier properties and decreased expression of tight junction protein Occludin. Moreover, Occludin downregulation was observed after intraventricular injection and post-mortem tissue analysis. In summary, our findings indicate that autoantibodies against brain blood vessels occur in autoimmune encephalitis patients and possibly contribute to a disruption of the blood-brain barrier. We show vessel reactive antibodies with differential patterns, identify a corresponding antigenic structure, and demonstrate the potential mechanism behind the observed barrier disruption. Hence, our findings contribute to solving the question regarding the role of non-disease-defining antibodies in the human autoantibody repertoire and provide evidence for the concept of antibody-mediated disruption of the blood-brain barrier in inflammatory neurological diseases.
Autoimmun-Enzephalitiden sind eine Gruppe seltener entzündlicher Erkrankungen des Gehirns, die mit Autoantikörpern gegen neuronale Oberflächenproteine assoziiert sind. Diese spielen eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der Erkrankung. Untersuchungen des Antikörper-Repertoires bei Patienten mit Autoimmunenzephalitis haben ergeben, dass Liquor und Serumproben der Patienten regelhaft weitere bisher nicht krankheitsdefinierende Antikörper enthalten, deren Rolle und Relevanz im Krankheitsmechanismus noch ungeklärt sind. Unsere Studie hatte daher zum Ziel, das Autoantikörper-Repertoire durch systematisches Screening rekombinanter humaner monoklonaler Antikörper, die aus dem Liquor von Patienten mit Autoimmunenzephalitis gewonnen wurden, weiter zu erforschen. Eine weitere bisher ungeklärte Frage ist die Zugänglichkeit von ZNS-Zielantigenen für Autoantikörper - bei Autoimmunenzephalitis und anderen mit Autoantikörpern assoziierten Krankheiten. Aktuelle Studien weisen darauf hin, dass eine durch Antikörper vermittelte Barriere-Störung der Blutgefäße im Gehirn einen möglichen Mechanismus darstellt. Daher untersuchen wir in dieser Arbeit das Vorhandensein von gehirngefäß-reaktiven Autoantikörpern durch indirekte Immunfluoreszenzfärbung, ermitteln Zielstrukturen durch Immunpräzipitation und Massenspektrometrie und erforschen potenzielle funktionelle Effekte in vitro und in vivo. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die bisher nicht krankheitsdefinierenden Antikörper eine Vielzahl von Zielstrukturen im Gehirn binden und bestätigen das Vorhandensein von Autoantikörpern, die sich gegen Blutgefäße im Gehirn richten. Für den monoklonalen Antikörper 011-138, der eine Reaktivität gegen Blutgefäße im Gehirn sowie gegen Purkinje-Zellen im Kleinhirn zeigt, identifizieren wir Myosin-X als Zielantigen. Darüber hinaus legen unsere Ergebnisse nahe, dass die Behandlung von hCMEC/D3-Zellen in unserem in vitro Blut-Hirn-Schranken-Modell mit dem monoklonalen Antikörper 011-138 zu einer Beeinträchtigung der Barriere-Eigenschaften sowie zu einer verminderten Expression des Tight-Junction-Proteins Occludin führt. Darüber hinaus konnten wir eine Occludin-Downregulation nach intraventrikulärer Injektion und post-mortem Gewebeanalyse beobachten. Zusammenfassend deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass Autoantikörper gegen Gehirnblutgefäße bei Patienten mit Autoimmunenzephalitis auftreten und zu einer Beeinträchtigung der Blut-Hirn-Schranke beitragen könnten. Wir zeigen gefäßreaktive Antikörper mit unterschiedlichen Mustern, identifizieren eine Zielstruktur in Hirnblutgefäßen und legen den potenziellen Mechanismus hinter der beobachteten Barriere-Störung dar. Unsere Ergebnisse tragen somit dazu bei, die Rolle der nicht krankheits-definierenden Antikörpern des menschlichen Autoantikörper-Repertoires zu explorieren und liefern Evidenz für das Konzept der durch Antikörper vermittelten Beeinträchtigung der Blut-Hirn-Schranke bei entzündlichen neurologischen Erkrankungen.
