Experimental neuroimmunogenetic investigations for the autoaggression and therapy of multiple sclerosis

Die Arbeit ‚Experimentelle neuroimmunogenetische Untersuchungen zur Autoaggression und Therapie der Multiplen Sklerose’ untersucht im Ratten- und im humanisierten transgenen Mausmodell die genetische Regulation der Autoaggression im zentralen Nervensystem (ZNS) im Zusammenspiel mit Myelinantigenen. Bei Multiple Sklerose (MS) Kranken und Kontrollpersonen wurde die Immunogenität und Enzephalitogenität des Myelinantigens Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (MOG) analysiert. Des weiteren wurden in der Arbeit zwei neue therapeutische Prinizipien zur Behandlung der MS eingeführt und genauer untersucht. In der Arbeit wurde gezeigt: 1) Bei der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) und möglicherweise auch der MS ist die selektive Expansion gewisser TZRBV Ketten durch die Kombination von MHC Klasse II Molekülen und der Präsentation von Selbst- versus Fremdantigen bedingt. 2) Es wurde in ingezüchteten Rattenstämmen nach Immunisierung mit dem Myelinprotein MOG ein Tiermodell der MS etabliert, welches dieser um vieles ähnlicher ist als jedes andere für die MS etablierte Tiermodell in Mäusen und Ratten. Die Ratten entwickeln einen schubförmigen oder/und chronischen Krankheitsverlauf und die Läsionen zeigen Entzündung, Entmarkung, Axon- und Nervenzellenverlust. Dabei bestimmt der MHC Haplotypus die Suszeptibilität, den Krankheitsverlauf und das Läsionsmuster im ZNS. Die MHC Klasse II Region stellt den Hauptsuszeptibilitätslokus dar. Die MHC Klasse II vermittelten Effekte werden jedoch durch weitere der 120 MHC Gene moduliert. Die zur Krankheitsinduktion benötigte Menge an Antigen unterscheidet sich für verschiedene MHC Haplotypen und korreliert zur Auslösung einer Immunantwort. Verschiedene Autoantigene (z.B. unterschiedliche Myelinantigene) können im Kontext mit unterschiedlichen MHC Haplotpyen Erkrankung auslösen. Nicht-MHC Gene können die MHC vermittelte Suszeptibilität unterdrücken. 3) Die Determinante MOG 91-108 ist in verschiedenen Rattenstämmen (LEW.1AV1 [RT1av1], DA [RT1av1], COP [RT1av1], PVG-RT1a [RT1av1] und LEW.1N [RT1n]) und in HLA-DR4 transgenen Mäusen enzephalitogen. Sie bindet mittelgut- bis gut an die restringierenden MHC Klasse II Moleküle. 4) Enzephalitogene Determinanten können bei der Analyse der peripheren Immunantwort mittels der derzeit verfügbaren Methoden unerkannt bleiben. 5) MHC Klasse II Haplotypen unterscheiden sich in ihrem Bindungsverhalten gegenüber MOG Peptiden. Das Bindungsverhalten korrelierte mit der Heftigkeit und Schwere der Erkrankung. 6) Es wurde das Peptidbindungsmuster für das RT1.Dn Molekül der Ratte beschrieben. 7) Transmembranes und intrazelluläres MOG ist beim Menschen sehr immunogen. Im Vergleich zu MS Kranken zeigen Kontrollpersonen mehr T Zellreaktivitäten im Blut gegenüber MOG Peptiden. Bei MS Patienten und auch Kontrollpersonen findet sich eine dominante T Zellantwort gegenüber der intrazellulären MOG Determinante, MOG 146-154. 8) Peptide, die hoch-affin an Autoimmunitäts-assoziierte MHC Klasse II Moleküle binden und keine Sequenzhomologien zu bekannten Proteinen haben, können die EAE unterdrücken. 9) DNS Vakzine, die autoantigene Sequenzen kodieren, haben eine hohe Spezifität und können die EAE unterdrücken. Damit wurden in der Arbeit eine Reihe von grundlegenden neuen Erkenntnissen gewonnen, die für die experimentelle und klinische Neuroimmunologie, die Immunologie und Neurologie wichtig sind. Anhand der experimentellen Studien in der EAE führen diese Erkenntnisse zu einem verbesserten Verständnis der Immungenetik der Multiplen Sklerose und eröffnen neue Wege für die Therapie.The state doctorate ‚Experimental neuroimmunogenetic investigations for the autoaggression and therapy of multiple sclerosis’ investigates in rat and humanized mouse models the interplay of genetic regulation of autoaggression in the central nervous system (CNS) with myelin antigens. The immunogenicity and encephalitogenicity of myelin-oligodendrocyte-glycoprotein (MOG) was analyzed in patients with multiple sclerosis and control subjects. Two novel treatment principles were introduced for MS and the mechanism of action were investigated in detail. The state doctorate shows: 1) In experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) and possibly MS, the selective expansion of certain TCRBV chains is due to a combination of certain MHC class II isotypic alleles and the presentation of self versus non-self myelin antigens. 2) In inbred and MHC congenic rat strains an animal model of MS was developed that has a much higher similarity to MS than any other established model in mice and rats. Lesions in the CNS show inflammation, demyelination and axonal as well as neuronal loss. Lesion structure and disease course are mainly influenced by the MHC haplotype. MHC class II genes represent the main susceptibility genes. MHC class II mediated effects are modulated by additional MHC genes. The antigen dose necessary for EAE induction is very much dependent on the MHC haplotype and correlates with the triggering of an immune response. Different autoantigens (i.e. myelin antigens) can induce disease in the context of different MHC haplotypes. Non-MHC genes can suppress MHC mediated susceptibility. 3) The determinant MOG 91-108 is encephalitogenic in different rat strains (LEW.1AV1 [RT1av1], DA [RT1av1], COP [RT1av1], PVG-RT1a [RT1av1] and LEW.1N [RT1n]) and HLA-DR4 transgenic mice. MOG 91-108 binds medium to well to the T cell response restricting MHC class II isotypic molecules. 4) Encephalitogenic determinants can be unrecognized with the currently used methodologies. 5) Allelic variants of MHC class II isotypes connected in one MHC haplotype differ in their ability to bind MOG peptides. The ability to bind MOG peptides correlates with the acuteness and severity of EAE. 6) The peptide binding pattern for the RT1.Dn molecule was determined. 7) In humans transmembranous and intracellular MOG is very immunogenic. In comparison to controls, MS patients had more T cell reactivity in blood to MOG peptides. In MS patients and controls there is a dominant T cell determinant at position MOG 146-154. 8) Peptides which bind with high affinity to autoimmunity-associated MHC class II molecules and which do not have any sequence homologies to known proteins can suppress EAE. 9) DNA vaccines which code for autoantigenic sequences have a high specificity and can suppress EAE. For this reason a number of primary new insights were gained which are of importance for experimental and clinical neuroimmunology, immunology and neurology. These insights lead by use of experimental models to a better understanding of the immunogenetics of MS and break new ground for therapy