Dokument: IL-7-signalling and IL7RA genetic variants: Impact on T-cell functions in human infectious and autoimmune diseases

Titel:	IL-7-signalling and IL7RA genetic variants: Impact on T-cell functions in human infectious and autoimmune diseases
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=46557
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180723-112757-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Lundtoft, Christian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,27 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 20.07.2018 / geändert 20.07.2018
Beitragende:	Prof.Dr. Jacobsen, Marc [Gutachter] Prof. Dr. rer. nat. Scheller, Jürgen [Gutachter]
Stichwörter:	Interleukin-7, IL-7, IL-7 Receptor α, IL7RA, CD127, tuberculosis
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Interleukin-7 (IL-7) is a cytokine central for development and homeostasis of T cells. The cytokine signals through a receptor complex formed by the cognate IL-7 receptor α (IL-7Rα, CD127) and the common γ chain receptor (γc, CD132). Signalling of IL-7 is highly regulated by the levels of membrane- associated (m)IL-7Rα, and whereas IL-7 may promote the response of T cells against infectious agents, excess IL-7 can balance the immune response towards autoimmunity. In addition to mIL-7Rα, alternative splicing produces a soluble variant of the receptor, i.e. sIL-7Rα, which can bind circulating IL-7. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the IL7RA gene have been associated with autoimmune and infectious diseases, including the rs6897932 SNP in exon 6 of IL7RA, which also affects alternative splicing and generation of sIL-7Rα. Own preliminary results indicated an impaired IL-7-induced response of T cells in a subgroup of tuberculosis patients. Here, the role of IL-7-signalling and IL7RA genetic variants is evaluated in patients with active tuberculosis and in patients with type 1 diabetes. In paper I, factors involved in IL-7-signalling were evaluated in patients with active tuberculosis and healthy household contacts from Ghana. Reduced plasma levels of sIL-7Rα and increased concentrations of plasma IL-7 were detected in tuberculosis patients, and the levels normalised during treatment to reach similar concentration as healthy contacts. Although the exonic IL7RA SNP rs6897932 was associated with plasma levels of sIL-7Rα, the SNP could not explain the reduced levels of sIL-7Rα in tuberculosis patients on its own. Further, lower levels of mIL-7Rα was seen on T cells from tuberculosis patients with impaired STAT5-phosphorylation after in vitro stimulation with IL-7. Finally, the IL-7-promoted interferon (IFN)-γ-release from Mycobacterium (M.) tuberculosis-specific T cells was impaired in tuberculosis patients. Overall, it was shown for the first time that IL-7-dependent immunity was impaired in a chronic bacterial disease. In paper II, serum levels of IL-7 and sIL-7Rα were analysed in patients with type 1 diabetes and subsequently compared to the IL7RA genotype of the patients. For a subgroup of patients, serum levels of IL-7 and sIL-7Rα were compared to the cytokine response after CD3/CD28 stimulation. Patients carrying the minor allele of rs6897932 – a SNP that is associated with protection against type 1 diabetes and multiple sclerosis – had reduced serum levels of both sIL-7Rα and IL-7. Patients carrying the minor allele of rs1494555, an exonic IL7RA SNP that has been associated with risk of multiple sclerosis, also had reduced serum concentration of sIL-7Rα, whereas no effect was seen on serum IL-7. No correlation was observed between serum sIL-7Rα and IL-7, and the two markers did not affect proportion of mIL-7Rα+ T cells or production of cytokines from T cells after CD3/CD28 stimulation. In paper III, six exonic IL7RA SNPs were genotyped in patients with active tuberculosis and healthy contacts from Ghana. For two SNPs, i.e. rs1494558 and rs11567764, the minor alleles were associated with protection against active tuberculosis. Functional analysis of the two SNPs showed that rs11567764 was associated with reduced expression of an IL-7Rα variant lacking exon 5-6, which presumably codes for a non-functional protein. rs1494558 is a non-synonymous SNP leading to a Thr66Ile substitution in exon 2 of IL-7Rα, which was associated with reduced secretion of sIL-7Rα and lower trafficking of mIL-7Rα to the cell membrane of transfected HEK293T cells. Further, the importance of N-glycosylation for optimal secretion of sIL-7Rα and trafficking of mIL-7Rα to the cell surface was emphasised in this paper. In paper IV, two cell line-based assays that allowed analysis of the IL7RA SNPs rs1494558 and rs6897932 were developed. In one assay, an IL-7Rα-construct was generated that allowed concurrent analysis of exon 6 splicing and its effect on the level of sIL-7Rα and mIL-7Rα. Both SNPs were found to affect the receptor levels. Further, an IL-7-dependent cell line was developed, which may prove useful for evaluating the effect of IL7RA SNPs on IL-7-signalling. Overall, these results showed that IL-7-signalling was impaired in active tuberculosis, and new functional effects of disease-associated IL7RA SNPs were identified and described. Further, the association between molecules involved in IL-7-signalling was described in both tuberculosis and type 1 diabetes, and this may become useful for establishing biomarkers of the IL-7-response. Potentially, these findings on IL-7- signalling molecules and IL7RA SNPs can be generalised to other autoimmune and chronic infectious disorders, and the IL-7-signalling pathway may become a future target for prevention or treatment of disease. Das Zytokin Interleukin-7 (IL-7) ist für die Entwicklung und Homöostase von T-Zellen von zentraler Bedeutung. Es signalisiert durch einen Rezeptorkomplex, der durch den IL-7-Rezeptor α (IL-7Rα, CD127) und dem common γ-chain-Rezeptor (γc, CD132) gebildet wird. Die Signaltransduktion von IL-7 wird stark durch die Menge von membranassoziiertem (m)IL-7Rα reguliert, und während IL-7 die Antwort von T-Zellen gegen infektiöse Partikel fördern kann, kann überschüssiges IL-7 die Immunantwort in Richtung Autoimmunität verschieben. Zusätzlich zu mIL-7Rα erzeugt alternatives Spleißen eine lösliche Variante des Rezeptors, sIL-7Rα, die zirkulierendes IL-7 binden kann. Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) im IL7RA-Gen wurden mit Autoimmun- und Infektionskrankheiten in Verbindung gebracht, einschließlich des rs6897932-SNP im Exon 6 von IL7RA, welches auch das alternative Spleißen und die Bildung von sIL-7Rα beeinflusst. Eigene vorläufige Ergebnisse weisen auf eine gestörte IL-7-induzierte Antwort von T-Zellen in einer Subgruppe von Tuberkulosepatienten hin. Hier wird die Rolle von IL-7-Signalling und IL7RA-Genvarianten bei Patienten mit aktiver Tuberkulose und bei Patienten mit Typ-1-Diabetes untersucht. In Manuskript I wurden Faktoren, die am IL-7-Signalling beteiligt sind, bei Patienten mit aktiver Tuberkulose und gesunden Haushaltskontakten aus Ghana untersucht. Reduzierte sIL-7Rα- Plasmakonzentrationen und erhöhte Konzentrationen von Plasma-IL-7 wurden bei Tuberkulosepatienten nachgewiesen; die Konzentrationen normalisierten sich während der Behandlung und erreichten ähnliche Konzentration wie gesunde Kontakte. Obwohl das exonische IL7RA SNP rs6897932 mit sIL-7Rα- Plasmaleveln assoziiert war, konnte das SNP die reduzierten sIL-7Rα Level bei Tuberkulose-Patienten nicht alleine erklären. Ferner wurden niedrigere mIL-7Rα-Titer bei T-Zellen von Tuberkulosepatienten mit gestörter STAT5-Phosphorylierung nach in-vitro-Stimulation mit IL-7 beobachtet. Zusätzlich war die IL-7-geförderte Interferon (IFN)-γ-Freisetzung aus Mycobacterium (M.) tuberculosis-spezifischen T- Zellen bei Tuberkulosepatienten beeinträchtigt. Insgesamt wurde erstmals gezeigt, dass die IL-7- abhängige Immunität bei einer chronischen bakteriellen Erkrankung beeinträchtigt ist. In Manuskript II wurden Serumlevel von IL-7 und sIL-7Rα bei Patienten mit Typ-1-Diabetes analysiert und anschließend mit dem IL7RA-Genotyp der Patienten verglichen. Für eine Untergruppe von Patienten wurden die Serumlevel von IL-7 und sIL-7Rα mit der Zytokinantwort nach CD3/CD28-Stimulation verglichen. Patienten, die das Minor-Allel rs6897932 trugen - ein SNP, das mit einem Schutz gegen Typ- 1-Diabetes und Multiple Sklerose assoziiert ist - hatten reduzierte Serumlevel sowohl von sIL-7Rα als auch von IL-7. Patienten, die das Minor-Allel von rs1494555 trugen, ein exonischer IL7RA-SNP welches mit einem Risiko für multiple Sklerose in Verbindung gebracht wurde, hatten ebenfalls eine verringerte Serumkonzentration von sIL-7Rα, während für das Serum-IL-7 kein Effekt beobachtet wurde. Zwischen dem Serum sIL-7Rα und IL-7 wurde keine Korrelation beobachtet, und die zwei Marker beeinflussten nicht den Anteil von mIL-7Rα+ T-Zellen oder die Produktion von Zytokinen aus T-Zellen nach CD3/CD28-Stimulation. In Manuskript III wurden sechs exonische IL7RA-SNPs bei Patienten mit aktiver Tuberkulose und gesunden Kontakten aus Ghana genotypisiert. Für zwei SNPs, rs1494558 und rs11567764, waren die Minor-Allele mit einem Schutz gegen aktive Tuberkulose assoziiert. Die funktionelle Analyse der beiden SNPs zeigte, dass rs11567764 mit einer reduzierten Expression einer IL-7Rα-Variante assoziiert war, der das Exon 5-6 fehlte, das vermutlich ein nicht-funktionelles Protein kodiert. rs1494558 ist ein nicht- synonymes SNP, das zu einer Thr66Ile-Substitution in Exon 2 von IL-7Rα führt, die mit verringerter Sekretion von sIL-7Rα und geringerem Trafficking von mIL-7Rα an die Zellmembran von transfizierten HEK293T-Zellen assoziiert war. Des Weiteren wurde die Bedeutung der N-Glykosylierung für die optimale Sekretion von sIL-7Rα und den Transport von mIL-7Rα zur Zelloberfläche in diesem Artikel hervorgehoben. In Manuskript IV wurden zwei zelllinienbasierte Assays entwickelt, die eine Analyse der IL7RA-SNPs rs1494558 und rs6897932 ermöglichen. In einem Test wurde ein IL-7Rα-Konstrukt erzeugt, das eine gleichzeitige Analyse des Exon 6-Spleißens und dessen Wirkung auf das Niveau von sIL-7Rα und mIL- 7Rα erlaubt. Beide SNPs beeinflussten die Rezeptorlevel. Ferner wurde eine IL-7-abhängige Zelllinie entwickelt, die sich als nützlich für die Bewertung der Wirkung von IL7RA-SNPs auf die IL-7- Signalgebung erweisen könnte. Insgesamt zeigten diese Ergebnisse, dass das IL-7-Signalling bei aktiver Tuberkulose einträchtig ist, und neue funktionelle Effekte von krankheitsassoziierten IL7RA-SNPs wurden identifiziert und beschrieben. Ferner wurde die Assoziation zwischen Molekülen, die an der IL-7-Signalgebung beteiligt sind, sowohl bei Tuberkulose als auch bei Typ-1-Diabetes beschrieben. Dies kann nützlich sein um Biomarker der IL- 7-Antwort zu etablieren. Potenziell können diese Befunde zu IL-7-Signalmolekülen und IL7RA-SNPs auf andere Autoimmun- und chronische Infektionserkrankungen verallgemeinert werden, und der IL-7- Signalweg könnte ein zukünftiges Ziel für die Prävention oder Behandlung von Krankheiten werden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	23.07.2018
Dateien geändert am:	23.07.2018
Promotionsantrag am:	14.05.2018
Datum der Promotion:	16.07.2018