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Expression of the T cell regulatory molecule ICOS (CD278) and LICOS (CD275) on human blood cells

  • Expression of the T cell regulatory molecule ICOS (CD278) and LICOS (CD275) on human blood cells Summary General bacterial infections, which can lead to the clinical picture of sepsis, are a major concern in intensive care units (ICU) and mortality remains high. Recent data have shown that, besides an overreaction of the immune system, also immunosuppression also plays a role in the pathogenesis of sepsis. Immunosuppression has been documented in patients with polytrauma, stroke and burn wounds, which all confer a high risk of severe bacterial infection. Moreover, it has been shown that T cells have an important role in sepsis. A shift of a Th1 dominated T cell response towards a Th2 response has been described as a potential mechanism of immune suppression in patients with sepsis. One of the molecules on the surface of T cells that is involved in the Th2-mediated immune response is the Inducible Costimulator of T cells (ICOS). Its ligand, LICOS, is expressed on the surface of B cells and monocytes. ICOS ligation induces the production of anti-inflammatory cytokines, especially of IL-10. However, nothing is known about the expression of ICOS on T cells and that of LICOS on APCs in patients with severe trauma and stroke. Therefore, in the present study, in a first step, a recombinant human LICOS-Ig fusion protein was generated, which was then used as an antigen for the generation of anti-LICOS monoclonal antibodies. In three fusion experiments, 5,000 primay clones were screened and a single hybridoma was obtained, which produced monoclonal antibodies that specifically reacted with recombinant LICOS, both in form of the LICOS-Ig fusion protein and on the surface of a cell line transfected with a full-length LICOS transgene. Since, it turned out that the antibodies did not bind with high affinity to wild type LICOS, as it is expressed on primary human blood cells, phenotypic analyses were carried out with another anti-LICOS monoclonal antibody, which had become commercially available. Next, the expression of HLA-DR, CD86, LICOS, and ICOS, on the surface of monocytes (CD14+), B cells (CD19+) and T cells (CD3+, CD4+) in whole blood was measured by flow cytometry. Six patients with severe trauma and nine stroke patients were compared with 32 healthy donors. On CD14+ monocytes from healthy donors, the expression levels of HLA-DR and CD86 were over 90%, while the expression of LICOS was much lower (7,5%). In critically ill patients, HLA-DR, CD86 and LICOS expression were strongly reduced. CD86 and HLA-DR were co-regulated, while HLA-DR and LICOS were not. In healthy donors, virtually all B cells expressed HLA-DR and the majority of them co-expressed LICOS (72%), while only a small fraction were CD86+ (14%). After trauma and stroke, HLA-DR, as well as LICOS expression on these cells remained normal; CD86 had a tendency towards being downregulated in most of the trauma patients, while most of the stroke patients exhibited normal CD86+ levels. The levels of HLA-DR and LICOS on T cells in trauma and stroke patients were low and very similar to those of healthy donors. The fraction of CD3+ T lymphocytes or their CD4+ subpopulation, which expressed measurable levels of ICOS (64% and 48%, respectively), did not change after stoke or trauma. However, within the ICOS+ T cell population two subpopulations could be distinguished: ICOSbright and ICOSdim T cells. Interestingly, the ICOSbright subpopulation, but not the ICOSdim and ICOSnegative subpopulations, was markedly increased in all trauma patients and in most of the stroke patients. Given that CD86 was co-regulated with HLA-DR on monocytes it appears that, similar to HLA-DR, CD86 expression could discriminate between patients with a low and high risk of sepsis. In contrast, because of its low basal expression on monocytes and its low signal-noise ratio, LICOS expression levels are not informative. Since ICOS expression on T cells is tightly connected to IL-10 secretion, the high proportion of ICOS bright cells in critically ill patients might contribute to the high IL-10 serum concentrations, which have been reported to be linked to immunosuppression in these patients.
  • Expression der T-Zell-regulatorischen Moleküle ICOS (CD278) und LICOS (CD275) auf humanen Blutzellen Zusammenfassung Generalisierte bakterielle Infektionen, welche zu dem klinischen Bild einer Sepsis führen können, sind ein massives Problem auf den Intensivstationen von Krankenhäusern und haben immer noch eine hohe Mortalität. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass neben einer Überreaktion des Immunsystems auch eine Suppression der Immunantwort eine Rolle bei der Pathogenese von Sepsis spielt. Eine Suppression der Immunantwort ist bei Patienten mit einem Polytrauma, Schlaganfall und schweren Verbrennungen dokumentiert worden. Patienten, die einem besonders hohem Risiko einer bakteriellen Infektion ausgesetzt sind. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass auch T-Zellen eine wichtige Rolle bei einer Sepsis spielen. Der Wechsel von einer Th1 zu einer Th2 dominierten T Zellantwort ist als ein potentieller Mechanismus der Immunsuppression bei Sepsispatienten beschrieben worden. Eines der Moleküle auf der Oberfläche von T-Zellen, welches in der Th2-vermittelten Immunantwort involviert ist, ist ICOS (Inducible Costimulator of T cells). Sein Ligand LICOS ist auf der Oberfläche von B Zellen und Monozyten exprimiert. Die Ligation von ICOS induziert die Produktion von anti-entzündlichen Zytokinen durch die T-Zellen, vor allen von IL-10. Es ist aber bisher nicht bekannt, wie ICOS auf T-Zellen bzw. LICOS auf antigenpräsentierenden Zellen von Patienten mit einem schweren Trauma oder Schlaganfall exprimiert wird. Deshalb wurde in dieser Studie in einem ersten Schritt ein rekombinantes LICOS-Ig Fusionsmolekül hergestellt, um es als Antigen für die Herstellung eines anti-LICOS Antikörpers zu verwenden. In drei Fusionsexperimenten wurden 5000 Primärklone untersucht und letztendlich ein Hybridom gewonnen, welches einen monoklonalen Antikörper herstellte, der spezifisch das rekombinante LICOS erkannte. Es wurde sowohl das LICOS-Ig Fusionsprotein als auch eine Zelllinie, die mit LICOS transfiziert ist, erkannt. Es stellt sich in den nachfolgenden Versuch jedoch heraus, dass der Antikörper, das native LICOS auf der Oberfläche von primären humanen Blutzellen nicht mit hoher Affinität erkennt. Für die weiteren Versuche wurde daher ein mittlerweile kommerziell erhältlicher Antikörper eingesetzt. Als nächstes wurde die Expression von HLA-DR, CD86, LICOS und ICOS auf der Oberfläche von Monozyten (CD14+), B Zellen (CD19+) und T-Zellen (CD3+, CD4+) im Vollblut mittels Durchflusszytometerie bestimmt. Sechs Patienten mit einen schweren Trauma und neun Schlaganfallpatienten wurden mit 32 gesunden Spendern verglichen. Auf den CD14+ Monozyten von den gesunden Spendern lag die Expression von HLA-DR und CD86 bei über 90%, während die ICOS Expression mit 7,5% sehr viel niedriger war. Bei den schwerkranken Patienten war die HLA-DR, CD86 und LICOS Expression stark reduziert. Die Expression von CD86 und HLA-DR waren im Gegensatz zu HLA-DR und ICOS ko-reguliert. In den gesunden Spendern exprimierten praktisch alle B Zellen HLA-DR und die Mehrheit koexprimierte auch LICOS (72%), während C86 nur bei einem kleinen Teil auf der Oberfläche zu finden war (14%). Auf den Zellen der Trauma- und Schlaganfallpatienten blieb die Expression von HLA-DR und LICOS normal. CD86 wurde bei den Traumapatienten tendenziell herunterreguliert, blieb bei den Schlaganfallpatienten weitgehend normal. Die Expression von HLA-DR und LICOS auf den T-Zellen war bei allen Patienten niedrig und auf gleichem Niveau wie bei den gesunden Spendern. Der Anteil an CD3+ T-Zellen bzw. der CD4+ Subpopulation welche ICOS exprimieren (64% bzw. 48%) änderte sich nicht nach einem schweren Trauma oder Schlaganfall. Die ICOS exprimierenden T-Zellen lassen sich jedoch ein zwei Subpopulationen aufteilen: Eine ICOShell und eine ICOSschwach exprimierende Population. Interessanterweise war der Anteil an ICOShell T-Zellen in allen Trauma- und den meisten Schlaganfallpatienten merklich erhöht. Da CD86 zusammen mit HLA-DR auf Monozyten ko-reguliert wird, ließe sich CD86 ähnlich wie HLA-DR einsetzten, um zwischen Patienten mit einem hohen und niedrigem Risiko für eine Sepsis zu unterscheiden. Im Gegensatz dazu ist LICOS aufgrund der geringen Expression und des ungünstigen Signal/Rausch-Verhältnisses dafür ungeeignet. Da die IL-10 Sekretion eng mit der ICOS-Expression verknüpft ist, könnte der höhere Prozentsatz von ICOShell –Zellen in schwerkranken Patienten zu erhöhten IL 10 Konzentrationen im Serum beitragen. Diese ist mit der Suppression der Immunantwort in Patienten verknüpft.

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Metadaten
Author: Ionela Moanta
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000428-5
Title Additional (German):Expression der T Zell-regulatorischen Moleküle ICOS (CD278) und LICOS (CD275) auf humanen Blutzellen
Advisor:Prof. Dr. Barbara Bröker
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2007/12/11
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Medizinische Fakultät (bis 2010)
Date of final exam:2007/08/13
Release Date:2007/12/11
GND Keyword:Immunsystem, Polytrauma, Sepsis
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Immunologie u. Transfusionsmedizin - Abteilung Immunologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit