On the pathophysiological significance of CD154/CD40-mediated leukocyte-endothelial cell interaction
On the pathophysiological significance of CD154/CD40-mediated leukocyte-endothelial cell interaction
by Dingcheng Gao
Date of Examination:2003-05-07
Date of issue:2003-05-22
Advisor:Prof. Dr. Markus Hecker
Referee:Prof. Dr. Rüdiger Hardeland
Referee:Prof. Dr. Kurt von Figura
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
CD154/CD40 interactions play a pivotal role in both humoral and cellular immune responses. Their involvement in the pathogenesis of chronic inflammatory bowel disease (IBD) has been revealed by increased expression of CD40 and CD154 in the inflamed mucosa of patients and therapeutic effects of anti-CD154 antibodies in experimental colitis. Because of adverse side effects, however, the use of such antibodies in patients with IBD may be limited. Here we explored an alternative approach to block CD154/CD40 interactions in IBD. After sequencing of the rat CD40 gene, different antisense oligonucleotides (asODN) were designed of which one (rAS3) effectively down-regulated CD40 expression in rat vascular smooth muscle cells as well as the subsequent changes in gene expression in response to CD40 stimulation. The therapeutic potency of rAS3 was evaluated in the TNBS-induced colitis model of the rat. Single intracolonic injection of a liposomal formulation of the asODN but not that of a scrambled control ODN markedly suppressed the inflammatory reaction in these animals monitored both macroscopically and histologicaly over 1 week. RT-PCR analysis revealed a reduction in adhesion molecule (VCAM-1) expression in the inflamed mucosa, which in turn may have contributed to the decrease in leukocyte infiltration observed by immunohistochemistry. Moreover, several asODNs against human CD40 have also been successfully explored in cultured endothelial cells, hence providing a platform for transferring this therapeutic approach into patients with chronic IBD. When compared to anti-CD154 antibodies, CD40 asODNs may provide the following advantages: no thromboembolic complications, ease of handling, higher stability and low costs when administrated locally. These results suggest that CD40 asODNs interfere with CD154/CD40 interactions with high potency and specificity both in vitro and in vivo. Therefore, they may provide an attractive therapeutic approach for Th1-cell mediated chronic inflammatory diseases including Crohn’s disease.
Keywords: CD40; antisense oligonucleotide; endothelial cell; chronic inflammatory bowel disease
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CD154/CD40-Wechselwirkungen spielen sowohl
bei der humoralen als auch der zellulären Immunantwort eine
entscheidende Rolle. Eine Beteiligung von CD40/CD154 an der
Pathogenese chronisch entzündlicher Darmerkrankungen (CED) konnte
sowohl durch eine Untersuchung der Expression beider Proteine in
der Mukosa von Patienten als auch durch die Wirksamkeit von
anti-CD154-Antikörpern in vivo gezeigt werden. Aufgrund schwerer
Nebenwirkungen, insbesondere thromboembolischer Komplikationen,
kann jedoch die Gabe blockierender anti-CD154-Antikörpern nicht als
vielversprechender therapeutischer Ansatz angesehen werden. In
dieser Arbeit haben wir untersucht, inwieweit ein alternativer
Ansatz, die Unterdrückung der Expression von CD40 durch spezifische
antisense-Oligonukleotide (asODN), für die Therapie von CED wirksam
sein könnte. Um asODN gegen CD40 aus der Ratte generieren zu
können, wurde das Gen zunächst kloniert und sequenziert. Nach dem
Design verschiedener spezifischer asODN konnte eines, rAS3, in
vitro wirksam war. In kultivierten glatten Gefäßmuskelzellen aus
der Aorta der Ratte konnte rAS3 sowohl die Expression von CD40
hemmen als auch CD40-induzierte Genexpression unterdrücken. Um das
therapeutische Potential von rAS3 in vivo zu untersuchen, wurde das
TNBS-Colitis Modell der Ratte etabliert. Eine einzelne rektale
Injektion einer liposomalen Formulierung von rAS3, aber nicht die
eines Oligonukleotides anderer Sequenz, konnte die Entwicklung
einer Colitis in TNBS-behandelten Ratten für mindestens eine Woche
signifikant hemmen: makroskopisch und histologisch war der Zustand
behandelter Tiere deutlich verbessert. Die Infiltration der Mukosa
mit Leukozyten war im Vergleich zu Kontrolltieren erniedrigt,
möglicherweise aufgrund der niedrigen Expression des
Zelladhäsionsmoleküls VCAM-1 (RT-PCR-Analyse). Um schließlich die
Übertragbarkeit der im Rattenmodell gewonnen Ergebnisse auf den
Menschen zu prüfen, wurde die Wirksamkeit verschiedener
spezifischer humaner asODN gegen CD40 in kultivierten humanen
Endothelzellen gezeigt. Die in dieser Studie gewonnenen Ergebnisse
zeigen, dass gegen CD40 gerichtete asODN
CD40/CD154-Wechselwirkungen in vitro und in vivo potent und
spezifisch unterbinden. Humane asODN gegen CD40 könnten somit eine
interessante Plattform für die Therapie chronisch entzündlicher
Erkrankungen, darunter Morbus Crohn bieten. Vorteil dieses Ansatzes
wäre neben der kostengünstigen Herstellung vor allem die einfache
lokale Applikation die eine Vermeidung der obengenannten
Nebenwirkungen ermöglichen könnte.
Schlagwörter: CD40; antisense-Oligonukleotide; Endothelzellen; chronisch entzündlicher Darmerkrankungen