Acute graft versus host disease (aGvHD) poses the main cause of morbidity and mortality in patients having undergone allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo HSCT), the only curative option for many hematologic malignancies. Especially for steroid-refractory forms of GvHD, clinicians are in dire need of novel and drug-independent treatment options. Constitutively FOXP3-expressing ...
Abstract (English)
Acute graft versus host disease (aGvHD) poses the main cause of morbidity and mortality in patients having undergone allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo HSCT), the only curative option for many hematologic malignancies. Especially for steroid-refractory forms of GvHD, clinicians are in dire need of novel and drug-independent treatment options. Constitutively FOXP3-expressing CD4+CD25+ regulatory T cells (Treg) are a successfully emerging therapeutic avenue, however, the prerequisites for their clinical efficacy in controlling aGvHD are not fully understood. Thus, sophisticated murine models and flow cytometry, facilitated by the work group around PD Dr. rer. nat. Petra Hoffmann and Prof. Dr. med. Matthias Edinger (WG Edinger/Hoffmann), were combined with several next generation sequencing (NGS) approaches, in an effort to shed light on the complex interplay between migration patterns, site-specific transcription profiles, and T cell receptor (TCR) repertoire dynamics of Treg during aGvHD emergence. In the present work, the conventional polyclonal in vitro expansion ("poly") of murine Treg was compared to an alloantigen-specific approach ("allo"). While allo Treg had a markedly less diverse T cell receptor (TCR) repertoire, both cell products retained their core Treg expression profiles, hence ameliorated GvHD symptoms in recipients following MHC-mismatched (C57BL/6→BALB/c) bone marrow transplantation (BMT). After seven days, Treg were re-isolated from recipient colon, liver and spleen compartments for gene expression and TCR repertoire profiling on the mRNA level. The directive role of the colon for the rapid, organ-specific adaption of Treg gene expression was most striking. Additionally, in the presence of GvHD-inducing conventional T cells (Tcon), a suppressive gene signature was induced, encoding anti-inflammatory cytokines, such as Il10, Fgl2 and Tgfb1, inhibitory surface molecules, such as PD-L1, PD-L2 or Ctla4 as well as directly cytotoxic granzymes and perforin. Besides three Tcrb variable gene segments (Trbv12-1, Trbv12-2, Trbv26) found enriched in the colon of BMT mice, dominant donor Treg clonotypes could be observed across analyzed organs and were also largely shared between organs of individuals. A dominant allo-response became apparent across all tissues with little evidence for tissue-restricted clonal expansion of Treg.
Translation of the abstract (German)
Die akute Graft versus Host Disease (aGvHD) stellt die Hauptursache für die hohe Morbidität und Mortalität bei Patienten nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (allo-HSZT) dar. Bis heute ist die allo-HSZT der einzige kurative Therapieansatz für viele maligne hämatologische Erkrankungen. Insbesondere für die Behandlung von Kortikosteroid-refraktären Formen der aGvHD sind neue, ...
Translation of the abstract (German)
Die akute Graft versus Host Disease (aGvHD) stellt die Hauptursache für die hohe Morbidität und Mortalität bei Patienten nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation (allo-HSZT) dar. Bis heute ist die allo-HSZT der einzige kurative Therapieansatz für viele maligne hämatologische Erkrankungen. Insbesondere für die Behandlung von Kortikosteroid-refraktären Formen der aGvHD sind neue, Medikamenten-unabhängige Möglichkeiten dringend erforderlich. Ein neues, erfolgsversprechendes Therapeutikum bieten konstitutiv FOXP3-exprimierende, CD4+CD25+ regulatorische T-Zellen (Treg), deren klinische Wirksamkeit jedoch nicht hinreichend erforscht ist. Diese Arbeit hatte daher zum Ziel, deren Funktion im GvHD-Kontext besser zu verstehen. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von PD Dr. rer. nat. Petra Hoffmann und Prof. Dr. med. Matthias Edinger wurden komplexe Mausmodelle sowie Durchflusszytometrie mit verschiedenen Next-Generation-Sequencing (NGS)-Methoden verbunden, um das komplexe Zusammenspiel zwischen dem Migrationsverhalten, Organ-spezifischen Genexpressionsprofilen und der Dynamik des T-Zell-Rezeptor (TZR)-Repertoires von Treg während akuter GvHD zu beleuchten. Der Fokus lag dabei auf dem Vergleich der konventionellen, polyklonalen in vitro-Expansion muriner Treg ("poly-Treg") mit dem Ansatz einer Allo-Antigen-spezifischen Expansion ("allo-Treg"). Während das T-Zell-Rezeptor (TZR)-Repertoire der allo-Treg deutlich weniger Diversität aufwies, konnte gezeigt werden, dass die Expression von Treg-typischen Genen in beiden Zelltypen beibehalten wurde. Dies führte zu einer Verbesserung der GvHD-Symptome in Empfängern nach einer MHC-disparaten (C57BL/6→BALB/c) Knochenmarkstransplantation (KMT). Nach sieben Tagen wurden die transplantierten Treg aus den Organen Leber, Milz und Dickdarm der Empfänger isoliert, um deren Genexpression sowie die Zusammensetzung des TZR-Repertoires auf mRNA-Ebene zu untersuchen. Dabei war besonders die Bedeutung des Dickdarms im Hinblick auf eine schnelle, organ-spezifische Anpassung der Genexpression auffällig. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Kotransplantation alloreaktiver, konventioneller T Zellen in Treg die Expression suppressiver Gene zur Folge hatte. Diese umfassten Transkripte antiinflammatorischer Zytokine (IL10, Fgl2, Tgfb1), inhibitorischer Oberflächenproteine (PD-L1, PD-L2, Ctla4) aber auch Granzyme und Perforin mit direkter zytotoxischer Wirkung. Neben einer Anreicherung von drei variablen Gen-Segmenten (Trbv12-1, Trbv12-2, Trbv26) im Colon von KMT-Mäusen, wurde beobachtet, dass dominante Klonotypen transplantierter Treg in allen untersuchten Organen auftraten und zwischen den Organen der Individuen weitestgehend gleichmäßig verteilt waren. Darüber hinaus konnten eine Allo-Antigen-spezifische Antwort in allen Geweben sowie wenig Evidenz für die Gewebs-spezifische klonale Expansion von Treg angeführt werden.
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