Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Über die Rolle der ß2-Integrine und assoziierter proinflammatorischer Mediatoren bei Entzündungsprozessen

Tawadros, Samir

Objective of the thesis is to characterise the most important functions of b2-integrins (CD18) and associated soluble inflammatory mediators in CD18-deficient mice (CD18-/-). Thus, a mouse model with complete CD18-deficiency - generated by 'gene targeting' and homologous recombination - was used for the investigations. CD18-deficient mice are a suitable mouse model for human LAD1 or the cattle disease BLAD, as the phenotype of CD18-/- mice resembles the clinical picture of these diseases. The secretion pattern of growth factors and cytokines in sera and tissues was determined in CD18-/- mice in order to gain insight into the pathophysiology of LAD1 and BLAD. The acquired data demonstrate that CD18-/- mice: (1)   exhibit visible signs of severe chronic inflammation (2)   show an increase of neutrophile granulocytes in the peripheral blood in combination with substantial leukocytosis (3)   have an up to twenty-fold increased Interleukin-6 (Il-6) serum concentration compared to the wildtype mice. This correlates with the degree of the hygienic standard of the different animal husbandry conditions. (4)   show no significant difference in the Il-6 serum level compared to WT mice, when kept under 'specific pathogen free ' (SPF) conditions (5)   exhibit an increased secretion of Il-6 due to bacterial pathogens. This was shown by an i.p. injection of the bacterial wall model antigen LPS. (6)   have an increased level of normal and atypical plasma cells in the lymphatic tissues and show deposition of amyloid in the parenchymatoese organs (e.g. small intestine) (7)   are fertile and live for at least 25 – 30 weeks, if kept und SPF conditions. Thus, this mouse model is suitable to investigate the mediation of inflammatory reactions as well as leukocyte emigration.   Il-6 is of substantial importance for the terminal B-cell-differentiation and the IgG production. To verify the effect of the increased Il6 production on the observed plasmocytosis, the generation of CD18-/- Il6-/- double mutated mice might be useful. This mouse model would also allow to investigate whether there is a causality between CD18 deficiency and enhancend Il6 production. Furthermore, LAD1 patients and cattle with BLAD should be examined in respect of the observed IL6 associated phenomenons shown in CD18-/- mice. If they show comparable IL6 associated symptoms, the development of treatment strategies to reduce IL6 produktion could be considered.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein durch 'gene targeting' und homologe Rekombination generiertes Mausmodell mit kompletter CD18-Defizienz verwendet, wobei die Tiere ein der humanen LAD1 entsprechendes Krankheitsbild entwickeln. Ein solches Krankheitsbild ist auch bei Holsteinrindern bekannt, bei denen eine Punktmutation im CD18-Gen für die Aus­prägung der ‚Bovinen Leukozyten-Adhäsionsdefizienz’ (BLAD) verantwortlich ist. Ziel der Arbeit war es, Sekretionsmuster von Wachstumsfaktoren und Zytokinen in Serum und Geweben beim LAD1-assoziierten Phänotyp dieses Mausmodells und der ihm zugrunde liegenden Pathophysiologie zu analysieren. Die Untersuchungen des Phänotyps der CD18-defizienten Mäuse (CD18-/-) ergaben - analog dem menschlichen Krankheitsbild - folgende Befunde:   (1)     Äußere Anzeichen schwerer chronischer Entzündungsvorgänge bei CD18-/- Mäusen. (2)     Eine Vermehrung der neutrophilen Granulozyten im peripheren Blut bei erheblicher Gesamtleukozytose. (3)     Bis zu 20-fach erhöhte Interleukin-6 (IL-6) Serumkonzentrationen bei CD18-/- Mäusen gegenüber dem Wildtyp. Die Höhe des IL-6 Spiegels korrelierte dabei in erster Linie mit Hygienestandard der jeweiligen Tierhaltung. (4)     Unter konsequenter, sogenannter „spezifisch Pathogen-freier Haltung“ (SPF) konnte kein signifikanter Unterschied des IL-6-Serumspiegels zwischen CD18-/- und WT-Mäu­sen nachgewiesen werden. (5)     Bakterielle Antigene führen zu einer erhöhten Sekretion von IL-6 bei den CD18-/- Mäu­sen, gezeigt am Beispiel einer i.p. Verabreichung von Bakterienwand-Modellantigen LPS. (6)     Das IL-6 verursachte verstärkte Auftreten von normalen und atypischen Plasmazellen in den lymphatischen Geweben bei CD18-/- Mäusen und auch die Ablagerung von Amyloid in parenchymatösen Organen (z. B. Dünndarm) der CD18-/- Mäuse sind vermutlich Epiphänomene die nicht primär durch den CD 18- Verlust hervorgerufen werden. (7)     Bei Haltung hinter einer Barriere sind die verwendeten CD18-/- Tiere ausreichend fertil und mindestens 25 – 30 Wochen lebensfähig, so dass mit den dargestellten Tieren Fragestellungen der Entzündungssteuerung und Leukozytenemigration effektiv unter­sucht werden können.   Da IL-6 außerdem eine wesentliche Bedeutung bei der terminalen B-Zell-Differenzierung und IgG-Produk­tion hat, könnte zukünftig die kausale Verknüpfung beider Raktionwege in der CD18-/- Maus überprüft werden, indem durch Zusammenzucht eine CD18-/-IL-6-/- Doppelmutante generiert und so der potentielle Einfluss einer erhöhten IL-6-Produktion aus­geschaltet wird. Hypothetisch müsste es dadurch bei den jetzt vorliegenden Ergebnissen zu einer signifikanten Reduktion der Plasmozytose kommen. Zukünftig wäre es außerdem inte­ressant, LAD1-Patienten auf die hier gezeigten IL-6-assoziierten Phänomene näher zu untersuchen, da bei einer analogen, IL-6-abhängigen Symptomatik möglicherweise gegen IL-6 gerichtete Behandlungsstrategien neue therapeutische Ansätze eröffnen.

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Tawadros, Samir: Über die Rolle der ß2-Integrine und assoziierter proinflammatorischer Mediatoren bei Entzündungsprozessen. Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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