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Costimulation blockade in renal allograft rejection


Kraus, Anna Katharina. Costimulation blockade in renal allograft rejection. 2012, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Kidney transplantation is the best therapy option for patients with end stage renal disease. But patients receiving a graft from a genetically non-identical donor are at a constant risk of rejection. The actual treatment for an organ recipient therefore aims to induce a systemic immunosuppression, which is very potent in inhibition of acute rejections. The long-term outcome of renal transplants, however, is still hampered by the toxicities of these regimens and their disability to prevent chronic allograft rejection. Furthermore, the systemic immunosuppression leads to a higher risk for infections and/or cancer. Therefore, new strategies for more specifc and less toxic treatments for recipients of renal grafts are needed. A major goal of research is the induction of donor-specifc tolerance. A promising tool to achieve both is costimulation blockade. Costimulation in addition to recognition of the cognate antigen is needed to fully activate a T cell. A variety of costimulatory pathways are described and their blockade has been shown to be beneficial in models for solid organ transplantation. Costimulation is also important during the interaction of a T cell with its target. Renal tubular epithelial cells (rTECs), which are the major target of cytotoxic T lymphocytes during kidney allograft rejection, do also express costimulatory molecules under inflammatory conditions. One of the most important costimulatory pathways in both processes is the CD40-CD154 pathway. A more recently described costimulatory molecule expressed on T cells is DNAM-1. In section 1 we evaluate the role of CD40 expressed on donor cells for the direct alloresponse during the priming and the effector phase in vitro. We show that donor CD40 is important for induction of allospecific Th1, Th17 and cytotoxic T cells. In an in vivo model for renal allograft rejection we show that renal allografts from CD40 deficient donors are partially protected from the effects of acute rejection. Studies blocking the CD40- CD154 pathway so far mostly used blocking antibodies against CD154. The translation of such an agent to the clinics has resulted in thromboembolic events in patients and is thus not pursued anymore. In mice the blockade of CD40 itself however is not possible with the antibodies available today. In section 2 we therefore present the development of an F(ab)-fragment against murine CD40 with exclusively antagonistic properties. F(ab)86 is able to prevent CD40 triggered B cell activation and proliferation and reduces allospecific T cell proliferation in vitro. DNAM-1 is a costimulatory molecule expressed on T and NK cells. Its two ligands CD155 and CD112 are expressed on several cell types, also in the kidney. In section 3 we show that DNAM-1 ligands are expressed on rTECs. We detected a role for DNAM-1 during allospecific T cell priming but not during cytotoxic activity against rTECs. Furthermore, we could exclude that ligation of CD155 and CD112 enhances T cell activity during allospecific priming or cytotoxicity against rTECs. The in vitro results are further strengthened by the finding that renal allografts deficient in CD155 and CD112 are not protected from rejection. Summing up, this study gives a deeper insight into the role and relevance of the CD40 and DNAM-1 pathways during renal allograft rejection and suggests a new tool to block murine CD40. Transplantation ist die beste Therapie für Patienten mit Nierenversagen. Aber Patienten die ein Transplantat von einem genetisch unterschiedlichen Spender erhalten tragen ein dauerhaftes Risiko, ihr Transplantat abzustossen. Die momentane Strategie, um das zu verhindern, ist eine systemische Immunsuppression, welche akute Abstossungen erfolgreich zu verhindern vermag. Die verwendeten Medikamente besitzen jedoch toxische Nebenwirkungen und sind nicht in der Lage chronische Abstossungen zu verhindern. Weiterhin tragen diese Patienten aufgrund der Immunsuppression ein erhöhtes Risiko für Infektionen und/oder Krebserkrankungen. Es ist also notwendig, gezieltere und weniger toxische Therapieoptionen zu finden. Eine weitere Option ist die Induktion von immunologischer Toleranz spezifisch für das transplantierte Organ. Eine mögliche Strategie, um beide Ziele zu erreichen, ist die Costimulations-Blockade. T Zellen benötigen für eine vollständige Aktivierung nicht nur ein Signal durch den T-Zell-Rezeptor, sondern zusätzlich costimulatorische Signale. Mehrere costimulatorische Signalwege sind inzwischen beschrieben. Sie zu blockieren hat sich in mehreren Modellen für Organtransplantation als förderlich erwiesen. Doch auch für die Interaktion zwischen T Zelle und Zielzelle spielt Costimulation eine Rolle. Renale Tubulus- Epithelzellen (rTECs) sind Zielzellen für allospezifische zytotoxische T Zellen während der Abstossng eines Nierentransplantats. Sie exprimieren costimulatorische Moleküle unter inflammatorischen Bedingungen. Ein wichtiger costimulatorischer Signalweg für beide erwähnten Vorgänge ist der CD40-CD154-Signalweg. Weiterhin wurde DNAM-1 als costimulatorisches Molekül auf T Zellen identifiziert. In Abschnitt 1 untersuchen wir die Rolle von CD40 auf Spender-Zellen während der T Zell Aktivierungs- und Effektorpahse in vitro. Wir zeigen, dass Donor-CD40 eine Rolle für die Induktion von Th1, Th17 und zytotoxischen T Zellen spielt. In einem in vivo-Modell für Nierentransplantation fanden wir weiterhin, dass Transplantate von CD40-defizienten Spendern trotz akuter Abstossung eine bessere Funktion aufweisen. Die meisten Studien, in denen der CD40-Signalweg bisher blockiert wurde, basierten auf der Nutzung eines Antikörpers gegen CD154. Als ein solcher Antikörper zum ersten Mal in Patienten verwendet wurde, traten jedoch thromboembolische Komplikationen auf, die eine solche Therapie unmöglich machen. In Mausmodellen ist es bisher nicht möglich gewesen CD40 selbst zu blockieren, da alle verfügbaren Antikörper agonistisch wirken. In Abschnitt 2 zeigen wir daher die Entwicklung eines F(ab)-Fragments gegen Maus-CD40, das ausschliesslich antagonistische Eigenschaften besitzt. F(ab)86 war in vitro in der Lage CD40-mediierte B Zell Aktivierung und allospezifische T Zell-Proliferation zu supprimieren. DNAM-1 ist ein costimulatorisches Molekül, das auf T und NK Zellen exprimiert wird. Seine zwei Liganden CD155 und CD112 werden auf verschiedenen Zelltypen exprimiert, unter anderem in der Niere. In Abschnitt 3 zeigen wir, dass CD155 und CD112 auf rTECs exprimiert werden. Wir konnten weiterhin feststellen, dass DNAM-1 eine Rolle während der allospezifischen T Zell Aktivierung spielt. Für die Zytotoxizität gegen rTECs hingegen wird DNAM-1 nicht benötigt. Letztlich konnten wir ausschliessen, dass die beiden Liganden CD155 und CD112 einen Einfluss auf allospezifische Aktivierung oder Zytotoxizität gerichtet gegen rTECs haben. Diese in vitro Ergebnisse konnten wir in einem in vivo-Modell erhärten. Nierentransplantate von CD155- oder CD112-defizienten Spendern sind nicht vor der Abstossung geschützt. Zusammenfassend können wir mit dieser Arbeit die Rolle von CD40 und DNAM- 1 während der Abstossung von Nierentransplantaten genauer erkärenl und eine Strategie präsentieren, um murines CD40 zu blockieren.

Abstract

Kidney transplantation is the best therapy option for patients with end stage renal disease. But patients receiving a graft from a genetically non-identical donor are at a constant risk of rejection. The actual treatment for an organ recipient therefore aims to induce a systemic immunosuppression, which is very potent in inhibition of acute rejections. The long-term outcome of renal transplants, however, is still hampered by the toxicities of these regimens and their disability to prevent chronic allograft rejection. Furthermore, the systemic immunosuppression leads to a higher risk for infections and/or cancer. Therefore, new strategies for more specifc and less toxic treatments for recipients of renal grafts are needed. A major goal of research is the induction of donor-specifc tolerance. A promising tool to achieve both is costimulation blockade. Costimulation in addition to recognition of the cognate antigen is needed to fully activate a T cell. A variety of costimulatory pathways are described and their blockade has been shown to be beneficial in models for solid organ transplantation. Costimulation is also important during the interaction of a T cell with its target. Renal tubular epithelial cells (rTECs), which are the major target of cytotoxic T lymphocytes during kidney allograft rejection, do also express costimulatory molecules under inflammatory conditions. One of the most important costimulatory pathways in both processes is the CD40-CD154 pathway. A more recently described costimulatory molecule expressed on T cells is DNAM-1. In section 1 we evaluate the role of CD40 expressed on donor cells for the direct alloresponse during the priming and the effector phase in vitro. We show that donor CD40 is important for induction of allospecific Th1, Th17 and cytotoxic T cells. In an in vivo model for renal allograft rejection we show that renal allografts from CD40 deficient donors are partially protected from the effects of acute rejection. Studies blocking the CD40- CD154 pathway so far mostly used blocking antibodies against CD154. The translation of such an agent to the clinics has resulted in thromboembolic events in patients and is thus not pursued anymore. In mice the blockade of CD40 itself however is not possible with the antibodies available today. In section 2 we therefore present the development of an F(ab)-fragment against murine CD40 with exclusively antagonistic properties. F(ab)86 is able to prevent CD40 triggered B cell activation and proliferation and reduces allospecific T cell proliferation in vitro. DNAM-1 is a costimulatory molecule expressed on T and NK cells. Its two ligands CD155 and CD112 are expressed on several cell types, also in the kidney. In section 3 we show that DNAM-1 ligands are expressed on rTECs. We detected a role for DNAM-1 during allospecific T cell priming but not during cytotoxic activity against rTECs. Furthermore, we could exclude that ligation of CD155 and CD112 enhances T cell activity during allospecific priming or cytotoxicity against rTECs. The in vitro results are further strengthened by the finding that renal allografts deficient in CD155 and CD112 are not protected from rejection. Summing up, this study gives a deeper insight into the role and relevance of the CD40 and DNAM-1 pathways during renal allograft rejection and suggests a new tool to block murine CD40. Transplantation ist die beste Therapie für Patienten mit Nierenversagen. Aber Patienten die ein Transplantat von einem genetisch unterschiedlichen Spender erhalten tragen ein dauerhaftes Risiko, ihr Transplantat abzustossen. Die momentane Strategie, um das zu verhindern, ist eine systemische Immunsuppression, welche akute Abstossungen erfolgreich zu verhindern vermag. Die verwendeten Medikamente besitzen jedoch toxische Nebenwirkungen und sind nicht in der Lage chronische Abstossungen zu verhindern. Weiterhin tragen diese Patienten aufgrund der Immunsuppression ein erhöhtes Risiko für Infektionen und/oder Krebserkrankungen. Es ist also notwendig, gezieltere und weniger toxische Therapieoptionen zu finden. Eine weitere Option ist die Induktion von immunologischer Toleranz spezifisch für das transplantierte Organ. Eine mögliche Strategie, um beide Ziele zu erreichen, ist die Costimulations-Blockade. T Zellen benötigen für eine vollständige Aktivierung nicht nur ein Signal durch den T-Zell-Rezeptor, sondern zusätzlich costimulatorische Signale. Mehrere costimulatorische Signalwege sind inzwischen beschrieben. Sie zu blockieren hat sich in mehreren Modellen für Organtransplantation als förderlich erwiesen. Doch auch für die Interaktion zwischen T Zelle und Zielzelle spielt Costimulation eine Rolle. Renale Tubulus- Epithelzellen (rTECs) sind Zielzellen für allospezifische zytotoxische T Zellen während der Abstossng eines Nierentransplantats. Sie exprimieren costimulatorische Moleküle unter inflammatorischen Bedingungen. Ein wichtiger costimulatorischer Signalweg für beide erwähnten Vorgänge ist der CD40-CD154-Signalweg. Weiterhin wurde DNAM-1 als costimulatorisches Molekül auf T Zellen identifiziert. In Abschnitt 1 untersuchen wir die Rolle von CD40 auf Spender-Zellen während der T Zell Aktivierungs- und Effektorpahse in vitro. Wir zeigen, dass Donor-CD40 eine Rolle für die Induktion von Th1, Th17 und zytotoxischen T Zellen spielt. In einem in vivo-Modell für Nierentransplantation fanden wir weiterhin, dass Transplantate von CD40-defizienten Spendern trotz akuter Abstossung eine bessere Funktion aufweisen. Die meisten Studien, in denen der CD40-Signalweg bisher blockiert wurde, basierten auf der Nutzung eines Antikörpers gegen CD154. Als ein solcher Antikörper zum ersten Mal in Patienten verwendet wurde, traten jedoch thromboembolische Komplikationen auf, die eine solche Therapie unmöglich machen. In Mausmodellen ist es bisher nicht möglich gewesen CD40 selbst zu blockieren, da alle verfügbaren Antikörper agonistisch wirken. In Abschnitt 2 zeigen wir daher die Entwicklung eines F(ab)-Fragments gegen Maus-CD40, das ausschliesslich antagonistische Eigenschaften besitzt. F(ab)86 war in vitro in der Lage CD40-mediierte B Zell Aktivierung und allospezifische T Zell-Proliferation zu supprimieren. DNAM-1 ist ein costimulatorisches Molekül, das auf T und NK Zellen exprimiert wird. Seine zwei Liganden CD155 und CD112 werden auf verschiedenen Zelltypen exprimiert, unter anderem in der Niere. In Abschnitt 3 zeigen wir, dass CD155 und CD112 auf rTECs exprimiert werden. Wir konnten weiterhin feststellen, dass DNAM-1 eine Rolle während der allospezifischen T Zell Aktivierung spielt. Für die Zytotoxizität gegen rTECs hingegen wird DNAM-1 nicht benötigt. Letztlich konnten wir ausschliessen, dass die beiden Liganden CD155 und CD112 einen Einfluss auf allospezifische Aktivierung oder Zytotoxizität gerichtet gegen rTECs haben. Diese in vitro Ergebnisse konnten wir in einem in vivo-Modell erhärten. Nierentransplantate von CD155- oder CD112-defizienten Spendern sind nicht vor der Abstossung geschützt. Zusammenfassend können wir mit dieser Arbeit die Rolle von CD40 und DNAM- 1 während der Abstossung von Nierentransplantaten genauer erkärenl und eine Strategie präsentieren, um murines CD40 zu blockieren.

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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Hennet Thierry, Fehr Thomas
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:Unspecified
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2012
Deposited On:16 Apr 2019 15:19
Last Modified:15 Apr 2021 15:01
Number of Pages:109
OA Status:Green

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