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Titel: Charakterisierung der humoralen Immunantwort bei der Multiplen Sklerose
Autor: Cepok, Sabine
Weitere Beteiligte: Bölker, Michael Prof.
Erscheinungsjahr: 2004
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2004/0113
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2004-01132
DOI: https://doi.org/10.17192/z2004.0113
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Characterization of the humoral immune response in multiple sclerosis

Dokument

Schlagwörter:
Epstein-Barr-Virus, multiple sclerosis, immunglobulins, ZNS, cerebrospinal fluid, Liquor cerebrospinalis, Immunsystem, Protein-Array, protein-array, CNS, Immunglobuline, B-Zellen, Multiple Sklerose

Zusammenfassung:
Die MS ist eine chronisch-entzündliche und demyelinisierende Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), deren Pathomechanismus bislang unbekannt ist. Man findet typischerweise eine Infiltration des ZNS durch Immunzellen, wobei ein heterogenes Bild bezüglich der Qualität der Immunreaktion und der histopathologischen Veränderungen im ZNS von MS-Patienten zu beobachten ist. Obwohl körpereigene Immunzellen wahrscheinlich die Mediatoren der Erkrankung sind, ist bislang nicht geklärt, welche Immunzellen pathogenetisch relevant sind. Da der Liquor cerebrospinalis höchstwahrscheinlich die inflammatorischen Vorgänge im ZNS widerspiegelt, wurde in dieser Arbeit der Liquor auf charakteristische Veränderungen bei der MS analysiert. Dazu wurden Liquor- und Blutzellen von MS-Patienten im Vergleich zu Patienten mit anderen neurologischen Erkrankungen phänotypisiert. Die Analysen zeigten keine wesentlichen Unterschiede im Blut, hingegen war der Liquor von MS-Patienten durch eine Aktivierung der humoralen, B-Zell vermittelten Immunantwort in Form eines erhöhten Anteils an B-Zellen, Plasmazellen und einer Erhöhung der intrathekalen Immunglobulin-G (IgG)-Synthese gekennzeichnet. Je nach Ausprägung der humoralen Immunantwort konnten drei unterschiedliche -im Krankheitsverlauf stabile- Liquorpathologien ausgearbeitet werden: 1. Eine B-Zell dominante Pathologie mit einem hohen Anteil an B-Zellen, wenig Monozyten und einer erhöhten IgG-Synthese, 2. eine Monozyten-dominante Pathologie mit wenig B-Zellen, zahlreichen Monozyten und wenig IgG-Synthese und 3. eine intermediäre Pathologie mit B-Zellen und Monozyten in etwa gleichem Verhältnis und einer moderaten IgG-Synthese. Die Korrelation der unterschiedlichen Liquorpathologien mit klinischen Parametern ergab, dass MS-Patienten mit einer B-Zell dominanten Liquorpathologie eine raschere Krankheitsprogression hatten als Patienten mit umgekehrtem Phänotyp. Die Ergebnisse der Arbeit weisen auf eine Heterogenität in der Liquorpathologie hin und unterstützten die Hypothese, dass die MS eine heterogene Erkrankung mit unterschiedlichen zugrunde liegenden Pathomechanismen ist. Die unterschiedlichen Liquorpathologien geben erstmals die Möglichkeit, die MS-Patienten anhand der Liquortypisierung in Subgruppen zu stratifizieren und möglicherweise eine Aussage über die zu erwartende Krankheitsprogression zu treffen. Der nach wie vor wichtigste Befund für die Diagnose einer MS ist das Auftreten von sogenannten oligoklonalen IgG-Banden (OKBs). OKBs werden im Liquor von mehr als 95% der MS-Patienten beobachtet, während sie nur sehr selten (<1%) bei gesunden Kontrollen zu finden sind. Außerdem sind diese OKBs auch bei anderen chronischen Erkrankungen des ZNS, die durch einen definierten Erreger verursacht sind, zu beobachten. Bei diesen Erkrankungen ist ein Teil der OKBs gegen das krankheitsverursachende Antigen gerichtet. Trotz intensiver Forschung konnten die Zielantigene der Immunantwort bei MS bisher nicht definiert werden. Ziel dieser Arbeit war es mit einem neuen Ansatz die Zielstrukturen der OKBs bei der MS zu identifizieren. Mit Hilfe eines Protein-Arrays, basierend auf einer cDNA-Bibliothek des menschlichen Gehirns, wurden die Immunreaktivitäten von Liquor-Antikörpern ausgewählter MS-Patienten gegen etwa 37000 verschiedene Proteine bestimmt und mit den Reaktivitäten von Kontroll-Liquores verglichen. Mit Hilfe von anschließenden ELISA-Experimenten mit großen MS- und Kontroll-Kollektiven wurden 10 Proteine identifiziert, die bei MS-Patienten höhere Reaktivitäten zeigten als bei Kontrollen. Interessanterweise wurden in den Immunreaktivitäten gegen diese Kandidatenantigene Überlappungen beobachtet, die letztendlich zu zwei Proteingruppen führten. Mit beiden wurde eine ausgedehnte Epitop-Suche durchgeführt. Die Analysen führten schließlich zu zwei Proteinen des Epstein-Barr-Virus (EBV). Es handelte sich dabei um das EBNA-1 und BRRF-2 Protein. Die weiterführenden Experimente zeigten, dass die Immunreaktivitäten gegen diese EBV-Proteine im Serum und Liquor von MS-Patienten höher waren als bei Patienten mit nicht-entzündlichen bzw. mit anderen entzündlichen Erkrankungen des ZNS. Des Weiteren konnte die intrathekale Synthese der EBV-spezifischen Antikörper gezeigt werden. Von besonderer Bedeutung war der Befund, dass die OKBs im Liquor von MS-Patienten spezifisch gegen diese EBV-Proteine gerichtet waren und Teil des gesamten OKB-Musters darstellten. Diese Ergebnisse unterstützen nachdrücklich die Rolle von EBV in der Pathogenese der MS.

Summary:
Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system (CNS) with an yet unknown etiology. Infiltration of immune cells in the CNS and histopathological changes are key features in MS. Although it is likely that the immune system plays an important role in disease process it is still unknown which immune cells are potentially relevant in disease manifestation and progression. Since inflammatory parameters in the cerebrospinal fluid (CSF) correlate with the extent of CNS lesions, CSF abnormalities could reflect lesion pathology. In this study, the distribution of various immune cells and proteins in the CSF and peripheral blood was compared between MS patients and patients with non-inflammatory neurological diseases (NIND) in order to search for CSF abnormalities in MS. The analysis revealed no significant differences in peripheral blood between MS and control patients. In contrast, significant changes were observed in the CSF. In particular, MS patients showed an activation of the humoral immune response which was reflected by a higher percentage of B cells and plasmacells in patient?s CSF and an increased intrathecal immunoglobulin-G (IgG)-synthesis. Furthermore, the analyses enclosed three distinct CSF patterns, which remained stable during different phases of disease: 1. a B cell dominant pathology with high percentages of B cells, low percentages of monocytes and an increased intrathecal IgG-synthesis, 2. a monocyte-dominant pathology with low numbers of B cells, high numbers of monocytes and low IgG-levels and 3. an intermediate pathology with equal numbers of B cells and monocytes and a moderate IgG-synthesis. Further analyses revealed an association between CSF pathology and disease progression. A predominance of B cells was associated with a faster disease progression, whereas a predominance of monocytes was found in patients with slower progression. This study describes the existence of heterogeneity in CSF cytology in MS patients and support the idea of different pathomechanisms in MS. The different CSF patterns may allow for the first time the stratification of MS patients according to their CSF pathology and a prediction of individual disease progression. A hallmark of the MS is the presence of intrathecal antibody synthesis and the occurence of oligoclonal IgG bands (OCB) in the CSF, which are found in 95% of the MS patients but rarely in healthy controls (<1%). These OCB are also found in infectious CNS diseases. In these disorders the OCB are specific for the disease causing pathogen. In MS, the target antigen is still unknown. The aim of the second part of this study was to identify the antigen specificity of the highly focused antibody response. A novel protein-array technology based on a cDNA library of the human brain enabled us to screen for the antibody response against more than 37000 different proteins. Potential candidate antigens which were identified with CSF of MS patients but not with control CSF were selected for large ELISA-experiments to determine the frequency of positive immunreactivities in large MS and control groups. 10 candidate antigens showed significant higher immunreaktivities in MS patients. Interestingly, the different proteins showed overlappings in immunreactivity assuming that all proteins of each group share the same epitope. The underlying epitopes were defined by peptidescan analysis and amino acid substitutional assays. The analyses identified two proteins of the Epstein-Barr virus (EBV): EBNA-1 and BRRF-2. To investigate the immunreactivity against these EBV-Proteins, the BRRF-2 protein was recombinantly expressed in E.coli using a cloning strategy. The analyses revealed a significant higher immunreactivity against EBNA-1 and BRRF-2 in CSF and serum of MS patients compared to NIND patients and patients with other inflammatory neurological diseases (OIND). Furthermore, a BRRF-2 specific intrathecal IgG synthesis was observed. Of significant importance, we could show that the OCB of MS patients were specific for both EBV proteins. The data strongly support the role of EBV in the pathogenesis of MS.


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