Immunomodulatory effects of adiponectin

Abstract

Adiponectin (APN), an adipokine constitutively produced by fat tissue is present abundantly in different oligomeric forms in human plasma and has been shown to exert anti-inflammatory effects in various disease models. While the influence of APN on monocytes, macrophages and epithelial cells has been extensively investigated, little has been known about its role in modulating lymphocytes and their function, especially T and natural killer (NK) cells so far. This study describes the distribution of adiponectin receptor 1 and 2 (AdipoR1 and 2) on human and murine T cells, their regulation upon antigen stimulation and the effects of APN on T cell responses. Further, it deals with the AdipoRs expression on human and murine NK cells and their subsets, and characterizes the APN influence on human NK cells as well as on murine NK cells in vitro and in a murine model. In this thesis I show that only a minority of human and murine T cells expresses AdipoRs on their surface but most T cells store AdipoRs intracellular. Human AdipoRs co-localize with T cell immune modulatory molecules CTLA-4 and TIRC7 within clathrin coated vesicles. Antigen stimulation results in an upregulation of both receptors on the surface of human and murine T cells. The expression is mostly restricted to antigen activated T cells as determined by CD137 and tetramer staining and is co-expressed with human CTLA-4. Incubation of APN results in a diminished antigen induced T cell expansion. Analysis of the mechanism on the generation of antigen activated T cells displays an enhancement of apoptosis and an inhibition of proliferation by APN. In accordance, APN deficient [(knockout)-KO] mice exhibit reduced frequencies of CD137+ T cells upon Coxsackie virus B3 infection. Additionally, APN diminishes human T cell cytokine production in response to antigen stimulation. The majority of human CD56dim NK cells express surface AdipoRs while most CD56bright NK cells lack AdipoRs. In contrast, only a small subset of murine mature NK cells expresses surface AdipoRs but the majority stores them intracellular and exposes them on the cell surface upon CVB3 infection in a similar manner as human T cells. Cytotoxicity is not impaired by APN while Toll-like receptor (TLR) ligand (TLR-L) induced interferon γ (IFNγ) secretion is reduced in human NK cells. Uninfected APN-KO mice reveal elevated frequencies of NK cells with lower effector NK cells displaying a decreased cytotoxic degranulation. In line with decreased frequencies of CD11bhigh CD27high and CD94high effector NK cells NKG2D expression required for NKG2D-dependent cytolytic activation is lower in uninfected APN-KO mice. Upon CVB3 infection murine NK cell function including degranulation and IFNγ production was restored. Taken together these data describes APN as an anti-inflammatory negative T and NK cell regulator. In future studies it is therefore of great interest to analyze the prognostic and therapeutic potential of APN in inflammatory diseases.

Adiponektin (APN), ein vom Fettgewebe kontinuierlich sekretiertes Adipozytokin zirkuliert in hohen Konzentrationen im Plasma. Neben seinen vielseitigen metabolischen Funktionen, wird APN als ein anti-inflammatorischer Modulator beschrieben. Während der Einfluss von APN auf Monozyten, Makrophagen und epitheliale Zellen mehrfach untersucht wurde, existieren nur wenige Daten, die die Wirkung von APN auf Lymphozyten beschreiben. In dieser Arbeit werden die Adiponektin Rezeptor 1 und 2 (AdipoR1 und 2) Expression auf humanen und murinen T Zellen, ihre Regulation während der Antigenaktivierung, sowie die Effekte des APNs auf T Zellen beschrieben. Des Weiteren wird die AdipoRs Expression auf humanen und murinen NK Zellen und deren Subpopulationen gezeigt und die Wirkung von APNs auf die Funktion humaner NK Zellen charakterisiert. Zusätzlich wird in dieser Arbeit der Effekt von APN auf murine NK Zellen in einem in vitro Model dargestellt. Ich zeige, dass lediglich ein geringer Prozentsatz an humanen und murinen T Zellen AdipoRs auf der Oberfläche exponiert, während beide Rezeptoren von der Mehrheit der T Zellen intrazellulär exprimiert wird. Humane AdipoRs ko-lokalisieren in T Zellen gemeinsam mit den Immunmodulatoren CTLA-4 und TIRC7 in Clathrin umhüllten Vesikeln. Die Stimulation von T Zellen mit Antigenen resultiert in einer Oberflächenexpression beider Rezeptoren auf humanen und murinen T Zellen. Die AdipoRs Oberlächenexposition beschränkt sich hauptsächlich auf antigenaktivierte T Zellen, welche durch die Expression von CD137 und durch Tetramerfärbungen charakterisiert wurden, und mit CTLA-4 koexprimiert werden. APN verringert die antigeninduzierte T Zell Expansion indem die Apoptose von CD137+ T Zellen verstärkt und deren Proliferation inhibiert. Damit einhergehend weisen APN defiziente [(knockout)-KO] Mäuse nach Coxsakie Virus B3 (CVB3) Infektion erhöhte Frequenzen von CD137+ T Zellen auf. Zusätzlich verringert APN die antigenstimulierte Zytokinsekretion von humanen T Zellen. Im Gegensatz, exprimieren nahezu alle humanen CD56dim NK Zellen beide APN Rezeptoren auf ihrer Oberfläche, während den meisten CD56bright NK Zellen die Oberflächenrezeptoren fehlen. Demgegenüber exprimiert nur eine kleine Subpopulation muriner, reifer NK Zellen beide Rezeptoren auf ihrer Oberfläche. Die meisten murinen NK Zellen speichern die AdipoRs intrazellulär und exponieren diese nach CVB3 Infektion an der Oberfläche. APN beeinflusst nicht die Zytotoxizität, inhibiert jedoch die Toll-like Rezeptor (TLR) Ligand (TLR-L) stimulierte IFNγ Sekretion humaner NK Zellen. APN-KO Mäuse weisen erhöhte NK Zell Frequenzen auf, wobei ihre zytotoxische Degranulation erniedrigt ist. Übereinstimmend mit verringerten CD11bhigh CD27high und CD94high Effektor NK Zellen, ist die NKG2D Expression in APN-KO Mäusen vermindert. Die CVB3 Infektion führt zur Wiederherstellung der NK Zell Funktionen, einschließlich der Zytotoxizität und IFNγ Produktion. Insgesamt beschreiben diese Daten APN als einen anti-inflammatorischen, negativen T und NK Zell Regulator. Die Analyse des prognostischen und therapeutischen Potentials von APN im Zusammenhang mit entzündlichen Erkrankungen könnte somit von zentraler Bedeutung für zukünftige Studien sein.