German Title: Die Rolle von EBI2 in inflammatorischen Hautkrankheiten

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Abstract

Epstein-Barr virus-induced gene 2 (EBI2), also known as G protein-coupled receptor 183 (GPR183), is a chemotactic receptor. Its ligand 7α,25-dihydroxycholesterol (7α,25-OHC) is an oxysterol and is produced by the enzymes cholesterol 25-hydroxylase (CH25H) and cytochrome P450 family 7 subfamily B member 1 (CYP7B1). The EBI2-oxysterol axis has been shown to be critical for the correct development and microanatomical positioning of immune cells in primary and secondary lymphoid organs (SLOs). It is part of the chemotactic network that guides the intricate intranodal migration of B cells, T cells, and dendritic cells. Deficiency in EBI2 or CH25H leads to impaired B- and T cell priming. In line with its chemotactic function in SLOs, the EBI2-oxysterol axis has been associated with several disease pathologies. There, it was shown to be involved in the recruitment of pathogenic cells and formation of tertiary lymphoid structures in diseases affecting the joints, the lung, the central nervous system, and the intestine. Recent reports also suggest a contribution of the EBI2-oxysterol axis in the pathogenesis of inflammatory skin diseases; however, conclusive studies are missing. Tissue-resident memory T (TRM) cells are known drivers of peripheral diseases. They are especially well described in the skin, where they mediate site-specific relapses of chronic inflammatory disorders. To date, nothing is known about the connection between the EBI2-oxysterol axis, inflammatory skin diseases and TRM cells. Here I show that EBI2 expression is a characteristic feature of TRM cells. Utilizing an EBI2-enhanced green fluorescent protein (EGFP) knock-in mouse line that functions both as a reporter and a knock-out, I found that murine TRM cell progenitor cells upregulate EBI2 during differentiation to TRM cells in the skin. Consequently, murine skin TRM cells highly express EBI2. In contrast, only minor proportions of circulating CD8+ naïve and memory T cells express EBI2. This induction of EBI2 on TRM cells suggests a functional relevance. Similarly, I found that the majority of TRM cells from healthy human skin also expresses EBI2. I therefore launched a clinical study to analyze skin biopsies from psoriasis patients using high parameter flow cytometry. While TRM cells from non-lesional and lesional skin showed similar EBI2 expression, I found that the EBI2 expression level was associated with a functional dichotomy. EBI2high TRM cells showed higher proportions of effector molecule-producing cells than EBI2low TRM cells. They were further enriched in cells producing granzyme B, interferon-γ, interleukin-10, and Ki-67 and decreased in cells expressing the exhaustion marker CD101. This suggests that EBI2 is part of the TRM1 phenotype, shown to be an important mediator of vitiligo and host defense. It will therefore be interesting to investigate the role of the EBI2-oxysterol axis in vitiligo pathogenesis and viral infection. However, in mice, EBI2 deficiency had no impact on TRM cell generation, retention, subset distribution, or on allergic contact dermatitis and psoriasis mouse models. Collaboration partners showed that EBI2 is also expressed by human lung and colon TRM cells. Elucidating the role of EBI2 on TRM cells and its involvement in TRM cell-mediated host defense and skin disease pathogenesis is therefore an interesting topic for future investigations with potential therapeutical implications.

Translation of abstract (German)

Epstein-Barr Virus-induziertes Gen 2 (EBI2), auch bekannt als G Protein-gekoppelter Rezeptor 183 (GPR183), ist ein chemotaktischer Rezeptor. Sein Ligand 7α,25-Dihydroxycholesterin (7α,25-OHC) ist ein Oxysterol und wird von den Enzymen Cholesterin 25-Hydroxylase (CH25H) und Cytochrom P450 Familie 7 Unterfamilie B Mitglied 1 (CYP7B1) produziert. Es wurde gezeigt, dass die EBI2-Oxysterol-Achse wichtig für die korrekte Entwicklung und mikroanatomische Positionierung von Leukozyten in den primären und sekundären lymphatischen Organen (SLO) ist. Sie ist Teil des chemotaktischen Netzwerks, das die komplexe intranodale Migration von B-Zellen, T-Zellen und dendritischen Zellen steuert. EBI2- oder CH25H-Defizienz führt zu einer verminderten Aktivierung naiver B- und T-Zellen. Darüber hinaus wurde die EBI2-Oxysterol-Achse mit vielen Krankheits-pathologien in Verbindung gebracht. Analog zu ihrer chemotaktischen Funktion in den SLO wurde gezeigt, dass die EBI2-Oxysterol-Achse bei bestimmten Erkrankungen der Lunge, der Gelenke, des zentralen Nervensystems und des Darms für die Rekrutierung pathogener Zellen und / oder die Bildung tertiärer lymphatischer Strukturen verantwortlich ist. Jüngste Studien suggerierten außerdem eine Beteiligung der EBI2-Oxysterol-Achse bei der Pathogenese inflammatorischer Hautkrankheiten. Dies ist bis heute jedoch nicht eindeutig nachgewiesen. Weiterhin ist bekannt, dass gewebe-residente Gedächtnis-T-Zellen (englisch: tissue-resident memory T cells, TRM-Zellen) eine Vielzahl von Erkrankungen in peripheren Geweben vermitteln. Sie sind besonders gut in der Haut charakterisiert und dort für die lokale Persistenz von chronischen Krankheiten verantwortlich. Es ist bis heute nicht bekannt, ob es eine Verbindung zwischen der EBI2-Oxysterol-Achse, entzündlichen Hauterkrankungen und TRM-Zellen gibt. In dieser Arbeit zeige ich, dass EBI2 Expression ein charakteristisches Merkmal von TRM-Zellen ist. Unter Verwendung einer EBI2-EGFP (englisch: enhanced green fluorescent protein) Knock-in-Mauslinie, die sowohl als Reporter als auch als Knock-out fungiert, habe ich herausgefunden, dass murine TRM-Zell-Vorläuferzellen EBI2 während ihrer Differenzierung zu TRM-Zellen in der Haut hochregulieren. Infolgedessen exprimieren murine TRM-Zellen stark EBI2. Im Gegensatz dazu exprimiert nur ein geringer Anteil der zirkulierenden CD8+ naiven und Gedächtnis-T-Zellen EBI2. Die Induktion von EBI2 auf Haut-TRM-Zellen suggeriert somit eine funktionelle Relevanz. Gleichermaßen habe ich in gesunder menschlicher Haut beobachtet, dass nahezu alle TRM-Zellen EBI2 exprimieren. Daher habe ich eine klinische Studie initiiert, um Hautbiopsien von Psoriasis Patienten mittels hochparametrischer Durchflusszytometrie zu charakterisieren. Obwohl TRM-Zellen aus nicht-läsionaler und läsionaler Haut eine ähnliche EBI2 Expression aufwiesen, stellte ich fest, dass eine unterschiedliche Expressionsstärke von EBI2 mit einer funktionellen Dichotomie der TRM-Zellen verbunden war. Stark-EBI2-exprimierende TRM-Zellen wiesen höhere Anteile an Effektormolekül-produzierenden Zellen auf als niedrig-EBI2-exprimierende TRM-Zellen. Sie waren angereichert in Granzym-B-, Interferon-γ-, Interleukin-10- und Ki-67-exprimierenden Zellen, und wiesen weniger Zellen auf, die den Exhaustion-Marker CD101 exprimierten. Dies deutet darauf hin, dass EBI2 Teil des 8 TRM1 Phänotyps ist, der nachweislich eine wichtige Rolle bei Vitiligo und der Wirtsabwehr darstellt. Es sollte es interessant sein die Rolle der EBI2-Oxysterol-Achse bei der Vitiligo-Pathogenese und bei Virusinfektionen zu untersuchen. Eine Defizienz von EBI2 in Mäusen hatte jedoch weder Einfluss auf die Bildung von TRM-Zellen, ihre Retention, ihre Subgruppen Generierung, oder auf den Grad der Entzündung bei allergischen Kontaktekzem- und Psoriasis-Mausmodellen. Kooperationspartner zeigten außerdem, dass EBI2 auch von TRM-Zellen der Lunge und des Dickdarms exprimiert wird. Der Nachweis einer potenziellen Funktion von EBI2 auf TRM-Zellen sowie die Klärung der Frage, wie die EBI2-Oxysterol-Achse an der TRM-Zell-vermittelten Wirtsabwehr und Pathogenese von Hautkrankheiten beteiligt ist, stellt daher ein interessantes Thema für künftige Forschung mit potenziell therapeutischer Anwendung dar.