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Inhibition der Signaltransduktion von Toll-like-Rezeptoren durch Annexin 1 auf der Oberfläche apoptotischer Zellen

Mahr, Andrea

English Title: Inhibition of Toll-like receptor signal transduction by Annexin 1 on the surface of apoptotic cells

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PDF, German
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Abstract

Apoptotische Zellen entstehen kontinuierlich im Rahmen der Entwicklung und Gewebehomöostase multizellulärer Organismen. Ihre Beseitigung erfolgt durch Phagozyten wie Dendritische Zellen (DC). Während die Aufnahme von Pathogenen DC aktiviert und zur Auslösung einer Immunantwort führt, wirkt die Phagozytose apoptotischer Zellen antiinflammatorisch. Dies dient dem Schutz des Organismus vor Immunreaktionen gegen „Selbst“-Antigene aus apoptotischen Zellen und damit vor Autoimmunerkrankungen. Durch welche Mechanismen apoptotische Zellen DC beeinflussen ist jedoch weitgehend ungeklärt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass das Protein Annexin 1, das spezifisch auf der Oberfläche frühapoptotischer Zellen präsentiert wird, zu deren antiinflammatorischem Effekt beiträgt, indem es die Signaltransduktion von Toll-like-Rezeptoren (TLR) und somit die Aktivierung von DC hemmt. Die Modulation der Immunantwort durch apoptotische Zellen und insbesondere durch das Protein Annexin 1 wurde in in vitro-Experimenten mit DC oder DC-ähnlichen Zelllinien aus Maus und Mensch untersucht. Vorinkubation mit apoptotischen Zellen oder rekombinantem Annexin 1 führt zu einer verminderten Aktivierbarkeit der DC durch TLR-Liganden. Dies zeigt sich in einer reduzierten Sekretion proinflammatorischer Zytokine wie TNF, bei unveränderter Produktion des antiinflammatorischen Zytokins IL-10. Der Einfluss auf die Zytokinsekretion spiegelt sich in einer entsprechenden Regulation der Zytokin-mRNAs wider. Genexpressionsanalysen zeigen einen globalen negativ regulatorischen Einfluss von Annexin 1 auf die durch Lipopolysaccharid (LPS) induzierten proinflammatorischen Gene. Diese Effekte beruhen auf einer Inhibition der TLR-induzierten Signaltransduktion. Vorinkubation mit Annexin 1 bewirkt eine Reduktion der TLR-induzierten Phosphorylierung und Aktivierung von MAP-Kinasen sowie eine verminderte Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB. Die Regulation betrifft beide TLR-induzierte Signalwege, die von den Adaptormolekülen MyD88 bzw. TRIF abhängen: MyD88- und TRIF-abhängige Zytokine sind gleichermaßen inhibiert, und ein Effekt von Annexin 1 ist auch in MyD88-defizienten Mäusen zu beobachten. Dementsprechend beeinflusst Annexin 1 sowohl die Aktivierung über den ausschließlich TRIF-abhängigen TLR3 als auch die MyD88-abhängige Signaltransduktion von TLR2 und dem IL-1-Rezeptor. Die Stimulierbarkeit der DC über den nicht mit den TLR verwandten TNF-Rezeptor wird durch Annexin 1 ebenfalls vermindert, was auf eine umfassendere Inhibition proinflammatorischer Signaltransduktion hinweist. Experimente mit dem Translationsinhibitor Cycloheximid weisen darauf hin, dass der antiinflammatorische Effekt von einer durch Annexin 1 induzierten Proteinsynthese abhängt. Die Analyse der Annexin 1-vermittelten Effekte auf DC trägt zum Verständnis des Mechanismus bei, wie apoptotische Zellen das Immunsystem beeinflussen und möglicherweise zu peripherer Toleranz führen.

Translation of abstract (English)

Apoptotic cells are generated continuously during development and tissue homeostasis of multicellular organisms. They are removed by phagocytes such as dendritic cells (DC). In contrast to pathogens, which activate DC upon uptake and lead to initiation of an immune response, apoptotic cells show an anti-inflammatory effect on DC. This protects the organism from immune reactions against self-antigens derived from apoptotic cells and, thus, from autoimmune diseases. Mechanistically, however, not much is known about the tolerogenic effect of apoptotic cells. This work shows that the protein annexin 1, which is presented specifically on the surface of early apoptotic cells, contributes to the anti-inflammatory effect by inhibiting the signal transduction of Toll-like receptors (TLR) and thus the activation of DC. The modulation of the immune response by apoptotic cells and the protein annexin 1 in particular was investigated in in vitro experiments, using DC or DC-like cell lines derived from mouse or humans. Pre-incubation with apoptotic cells or recombinant annexin 1 leads to a reduced reactivity of DC towards TLR ligands. This results in a reduced secretion of pro-inflammatory cytokines such as TNF, whereas the production of the anti-inflammatory cytokine IL-10 is unaffected. The influence on the secretion is mirrored by a corresponding regulation of the cytokine mRNAs. Gene expression analyses show a global negative impact of annexin 1 on LPS-induced proinflammatory genes. These effects are due to an inhibition of TLR-induced signal transduction. Pre-incubation with annexin 1 leads to a reduction of TLR-induced activation of MAP-kinases and NF-kB. Both pathways induced by TLR, depending on the adaptors MyD88 and TRIF, respectively, are affected: MyD88- and TRIF-dependent cytokines are inhibited to a similar extent, and the effect of annexin 1 can still be observed in MyD88-deficient mice. Correspondingly, annexin 1 inhibits activation mediated by the TRIF-dependent TLR3 as well as the MyD88-dependent signal transduction of TLR2 and the IL-1 receptor. The reactivity of the DC towards TNF, which acts via a non-TLR-related receptor, is reduced by annexin 1 as well, indicating a broad inhibition of pro-inflammatory signal transduction pathways. Experiments using the translational inhibitor cycloheximide indicated that the anti-inflammatory effect of annexin 1 depends on protein synthesis. The analysis of the effects of annexin 1 on DC contributes to a better understanding of the mechanism how apoptotic cells influence the immune system and possibly lead to peripheral tolerance.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Gissmann, Prof. Dr. Lutz,
Date of thesis defense: 22 December 2008
Date Deposited: 16 Mar 2009 14:41
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Immuntoleranz, Apoptosis, Toll-like-Rezeptoren
Uncontrolled Keywords: dendritic cells
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