A Complement to T Cell Immunity

Näytä kaikki kuvailutiedot



Pysyväisosoite

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9734-8
Julkaisun nimi: A Complement to T Cell Immunity
Tekijä: Pekkarinen, Pirkka
Tekijän organisaatio: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute, Department of Bacteriology and Immunology
Research Programs Unit, Immunobiology
Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, kliinisteoreettinen laitos
Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, Haartman institutet
Julkaisija: Helsingin yliopisto
Päiväys: 2014-02-07
Kieli: eng
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9734-8
http://hdl.handle.net/10138/42555
Opinnäytteen taso: Artikkeliväitöskirja
Tiivistelmä: The human immune system consists of the innate and the adaptive immunity that together protect the body from pathogens. To complete this task, the immune system must be able to recognize and destroy the dangerous foreign structures but also not to react to host structures or innocuous foreign structures, such as proteins of food or the commensal microbes residing in the gut. The innate immunity includes the phagocytes, such as the macrophages and neutrophils, and multiple molecular defensive systems, most importantly the complement system. The innate immunity reacts quickly to pathogens but its functions remain unchanged with repeated encounters with the intruder. The adaptive immunity is slower in its response, but it is more specific and it has memory; upon repeated exposure to a given pathogen, the adaptive immunity is activated more rapidly. Immunological tolerance, the unresponsiveness to self antigens, is a feature of the adaptive immunity. The adaptive immunity includes T and B lymphocytes and the antibodies produced by the B lymphocytes. In spite of their interdependency, the innate and adaptive immune systems have often been studied separately. This thesis focuses on their interface by investigating the role of the innate complement system in the regulation of the adaptive immunity and of the T lymphocyte function in particular. We followed the immune response and the establishment of oral tolerance in a C3 deficient mouse model, where the function of the complement system is blocked. We also studied vaccination responses and mucosal immune homeostasis in C3 deficient human subjects. The mice were immunized with ovalbumin in Complete Freund s adjuvant. In order to induce oral tolerance, some of the mice were given ovalbumin to the gastrointestinal tract prior to the immunizations. The ensuing immune response was monitored by assessing the lymphocyte fractions by flow cytometry and by stimulating splenocytes with ovalbumin and monoclonal antibodies in vitro, and measuring the proliferative response with a radioactive thymidine incorporation assay. The expression of cytokines and transcription factors in isolated cells and tissue samples was analyzed with quantitative real-time PCR. Serum antibody levels were determined by ELISA. We isolated leukocytes from peripheral blood samples collected from the patients and healthy control subjects and analyzed the lymphocyte population with flow cytometry. Serum antibodies specific for intestinal commensal microbes and the vaccine antigens tetanus toxoid and diphtheria toxoid were measured with ELISA. Serum samples were also analyzed for the presence of a set of key cytokines. The results indicate that complement plays a crucial role in the regulation of the functional differentiation of the T helper lymphocytes central to the adaptive immunity. Immunization with ovalbumin produced a weaker T cell proliferative response in the C3 deficient mouse model compared to the wild-type controls. The response of the T lymphocytes was also qualitative different, since the development of a TH1 response was particularly impaired in the absence of a functional complement system, whereas the TH2 response showed no difference between the mouse strains. This was also reflected on the B lymphocyte response: The IgG2a and IgG3 response to the immunization was reduced in the C3 deficient mice but the IgE response was normal. In addition to the general attenuation of the adaptive immunity, the C3 deficiency resulted in a disturbance of the intestinal immune tolerance in both mice and men. The administration of a foreign protein into the gastrointestinal tract of the C3 deficient mice failed to prevent the systemic immune response to the subsequent immunization with the same protein, i.e. the establishment of oral tolerance failed. The C3 deficient human subjects had more mucosally homing activated T lymphocytes in the peripheral blood and higher levels of serum IgG specific for intestinal commensal microbes. A further sign of the deficient immune tolerance in the C3 deficient human system was the lack of IgG4 response to the vaccine antigens. IgG3 antibodies specific for vaccine antigens were present at higher concentrations in the patient sera and the levels of the inflammatory cytokines IL-12 and IL-21 were also elevated. In contrast to the mouse, the profile of serum cytokines and antibody subclasses in the C3 deficient human subjects pointed at a pronounced TH1 response. The work presented in this thesis defines the complement system as a versatile regulator of the adaptive immunity and helper T lymphocytes. The normal functional differentiation of the T lymphocytes requires signals from the complement system and the establishment of immune tolerance both in the mucosal and systemic immune systems is particularly dependent on complement. The results present novel information on the interplay of the innate and adaptive immune systems and will probably affect the treatment strategies for food allergies and inflammatory bowel diseases.Ihmisen immuunijärjestelmä jakautuu luontaiseen ja hankittuun immuniteettiin, jotka yhdessä suojelevat kehoa taudinaiheuttajilta. Onnistuakseen tässä tehtävässä immuunijärjestelmän on kyettävä tunnistamaan ja tuhoamaan vaaralliset vieraat rakenteet ja oltava reagoimatta kehon omiin rakenteisiin ja harmittomiin vieraisiin rakenteisiin, kuten ruuan proteiineihin ja suoliston normaaliflooran mikrobeihin. Luontaiseen immuniteettiin kuuluvat fagosyytit, kuten makrofagit ja neutrofiilit, sekä erilaiset puolustusmolekyylit, tärkeimpänä näistä komplementtijärjestelmä. Luontainen immuniteetti reagoi nopeasti taudinaiheuttajiin, mutta sen toiminta ei kehity toistuvien kohtaamisten myötä. Hankittu immuniteetti reagoi hitaammin, mutta sen tunnistuskyky on tarkempi ja siihen liittyy immunologinen muisti; kun elimistö kohtaa saman taudinaiheuttajan uudelleen, aktivaatio tapahtuu nopeammin. Myös toleranssi, eli reagoimattomuus omiin rakenteisiin, on hankitun immuniteetin ominaisuus. Hankittuun immuniteettiin kuuluvat T- ja B-lymfosyytit, sekä jälkimmäisten tuottamat vasta-aineet. Luontainen ja hankittu immuniteetti ovat riippuvaisia toisistaan, mutta niitä on usein tutkittu erillään. Tässä väitöskirjassa paneudutaan niiden rajapintaan selvittämällä luontaiseen immuniteettiin kuuluvan komplementtijärjestelmän toiminnan vaikutuksia hankitun immuniteetin säätelyyn, sekä erityisesti T-lymfosyyttien toimintaan. Tutkimus on toteutettu seuraamalla immunisaatiovastetta ja oraalisen toleranssin kehittymistä hiirikannassa, jonka komplementtijärjestelmä ei toimi C3-tekijän puutteen vuoksi. Lisäksi tutkimme rokotusvasteita ja kartoitimme suoliston immuunijärjestelmän tasapainoa C3-puutteisilla potilailla. Koejärjestelyssä hiiret immunisoitiin ovalbumiinilla ja adjuvanttina käytettiin Complete Freund s adjuvanttia. Oraalisen toleranssin synnyttämiseksi osalle hiiristä annosteltiin ovalbumiinia mahasuolikanavaan ennen immunisaatiota. Kehittynyttä immuunivastetta tutkittiin analysoimalla lymfosyyttipopulaatioiden koostumusta virtaussytometrialla ja stimuloimalla lymfosyyttejä soluviljelmässä ovalbumiinilla ja monoklonaalisilla vasta-aineilla, seuraten jakautumisvastetta radioaktiivisen tymidiinin sitoutumiseen perustuvalla koejärjestelyllä. Sytokiinien ja transkriptiotekijöiden ilmentymistä soluissa ja kudosnäytteissä tutkittiin reaaliaikaisella PCR:llä. Seerumin vasta-aineiden määrittämiseen käytettiin ELISA- menetelmää. Potilaiden ja terveiden verrokkien verinäytteistä eristimme valkosolut ja analysoimme lymfosyyttipopulaatioiden koostumusta virtaussytometrialla. Suoliston normaaliflooraa, tetanustoksoidia ja difteriatoksoidia vastaan kehittyneitä seerumin vasta-aineita tutkimme ELISA-menetelmällä. Seeruminäytteistä määritettiin myös immuunivasteessa keskeisten sytokiinien pitoisuudet. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että komplementti vaikuttaa hankitun immuniteetin keskeisten solujen, auttaja T-lymfosyyttien, toiminnalliseen erilaistumiseen ratkaisevasti. C3-puutteisessa hiirikannassa immunisaatio ovalbumiinilla tuotti heikomman T-lymfosyyttien jakautumisvasteen kuin villityypin hiirissä. T- lymfosyyttien vaste immunisaatioon oli myös laadullisesti erilainen, sillä TH1-tyyppisten solujen kehitys oli erityisesti heikentynyttä komplementin puuttuessa, mutta TH2 vaste oli normaali. Tämä heijastui myös B-lymfosyyttien tuottamiin vasta- aineisiin: IgG2a ja IgG3 vaste immunisaatioon oli heikentynyt C3-puutteisissa hiirissä, mutta IgE vaste oli normaali. Hankitun immuniteetin yleisen heikentymisen lisäksi C3-puutos aiheutti sekä hiirissä että ihmisissä suoliston immunologisen toleranssin häiriön. C3-puutteisille hiirille ei kehittynyt oraalista toleranssia, eli mahasuolikanavaan annosteltu vieras proteiini ei kyennyt estämään immuunivastetta myöhemmässä immunisaatiossa. C3-puutteisilla potilailla puolestaan oli veressään enemmän suolistoon matkalla olevia aktivoituneita T-lymfosyyttejä, sekä enemmän suoliston normaaliflooraan kohdistuvia IgG-luokan vasta-aineita. Toleranssin häiriöön viittasi myös C3-puutteisten potilaiden puuttuva IgG4-vaste rokotuksille. Rokoteproteiineja vastaan tuotettuja IgG3 vasta-aineita potilaiden seerumissa oli merkitsevästi enemmän kuin terveillä verrokeilla. Potilaiden seerumissa oli myös enemmän tulehduksellisia IL-12 ja IL-21 sytokiineja. Ihmisellä C3-puutos vaikuttaisi siis johtaneen TH1-vasteen voimistumiseen, toisin kuin hiirellä. Väitöskirjani tulokset osoittavat, että komplementtijärjestelmä säätelee hankitun immuniteetin ja etenkin auttaja-T-lymfosyyttien toimintaa laaja-alaisesti. T- lymfosyyttien normaali toiminnallinen erilaistuminen tarvitsee komplementin aktivaation tuottamia viestejä ja etenkin toleranssin kehittyminen sekä suoliston alueella että immuunijärjestelmässä laajemmin häiriintyy komplementin puuttuessa. Löydökset tuovat uutta tietoa luontaisen ja hankitun immuniteetin yhteistoiminnasta ja asettavat etenkin allergioiden ja tulehduksellisten suolistosairauksien hoitomenetelmät uuteen valoon.
Avainsanat: lääketiede, immunologia
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
Pekkarinen_vaitoskirja_2014.pdf 2.868MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot