Blockade but not overexpression of the junctional adhesion molecule C influences virus-induced type 1 diabetes in mice

Type 1 diabetes (T1D) results from the autoimmune destruction of insulin-producing beta-cells in the pancreas. Recruitment of inflammatory cells is prerequisite to beta-cell-injury. The junctional adhesion molecule (JAM) family proteins JAM-B and JAM–C are involved in polarized leukocyte transendothelial migration and are expressed by vascular endothelial cells of peripheral tissue and high endothelial venules in lympoid organs. Blocking of JAM-C efficiently attenuated cerulean-induced pancreatitis, rheumatoid arthritis or inflammation induced by ischemia and reperfusion in mice. In order to investigate the influence of JAM-C on trafficking and transmigration of antigen-specific, autoaggressive T-cells, we used transgenic mice that express a protein of the lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) as a target autoantigen in the β-cells of the islets of Langerhans under the rat insulin promoter (RIP). Such RIP-LCMV mice turn diabetic after infection with LCMV. We found that upon LCMV-infection JAM-C protein was upregulated around the islets in RIP-LCMV mice. JAM-C expression correlated with islet infiltration and functional beta-cell impairment. Blockade with a neutralizing anti-JAM-C antibody reduced the T1D incidence. However, JAM-C overexpression on endothelial cells did not accelerate diabetes in the RIP-LCMV model. In summary, our data suggest that JAM-C might be involved in the final steps of trafficking and transmigration of antigen-specific autoaggressive T-cells to the islets of Langerhans

Breaking tolerance to the natural human liver autoantigen cytochrome P450 2D6 by virus infection

Autoimmune hepatitis (AIH) is a chronic liver disease of unknown etiology, characterized by a loss of tolerance against hepatocytes leading to the progressive destruction of hepatic parenchyma and cirrhosis. Clinical signs for AIH are interface hepatitis and portal plasma cell infiltration, hypergammaglobulinemia, and autoantibodies. Based on serological markers AIH is defined in subtypes. The hallmark of AIH type 2 are type 1 liver/kidney microsomal autoantibodies (LKM-1), whereas AIH type 1 is characterized by the presence of anti-nuclear (ANA) and/or anti-smooth muscular (SMA) autoantibodies. The major autoantigen recognized specifically by LKM-1 autoantibodies was identified as the 2D6 isoform of the cytochrome P450 enzyme family (CYP2D6). Not much is known about the etiology and pathogenic mechanisms of AIH so far and most animal models available result in only transient hepatic liver damage after a rather complex initiation method. It was the aim of my project to generate a novel animal model for AIH that reflects the chronic and progressive destruction of the liver characteristic for the human disease while using a defined and feasible initiating event to further analyze the pathogenic mechanisms leading to the autoimmune-mediated destruction of the liver. Therefore, mice transgenically expressing the human CYP2D6 in the liver and wild-type mice were infected with a liver-tropic adenovirus expressing the human CYP2D6 (Ad-2D6). Selftolerance to CYP2D6 was broken in Ad-2D6-infected mice, resulting in persistent autoimmune liver damage, apparent by cellular infiltration, hepatic fibrosis and necrosis. Similar to type 2 AIH patients, Ad-2D6-infected mice generated LKM-1-like antibodies recognizing the same immunodominant epitope of CYP2D6. Taken together, we could introduce a new animal model that reflects the persistent autoimmune-mediated liver damage as well as the serological marker characteristic for AIH type 2 and we could demonstrate that chronic autoimmune diseases targeting the liver can be triggered by molecular mimicry occurring in the context of a hepatotropic viral infection.Jeder Organismus wird täglich mit vielen verschiedenen Antigenen und Pathogenen konfrontiert. Um den Organismus gegen diese Fremdkörper zu schützen hat das Immunsystem verschiedene Schutzfunktionen entwickelt. Eine der wichtigsten Voraussetzungen des Immunsystems ist es körpereigene und körperfremde Antigene unterscheiden zu können, da es sonst zu folgeschweren Komplikationen wie Autoimmunerkrankungen kommen kann. Komplexe Selektionsmechanismen während der Reifung von Immunzellen als auch während dem Zusammentreffen von Immunzellen und Antigenen führen dazu, dass körpereigene Antigene toleriert und körperfremde Antigene eliminiert werden. Diese Selektionsmechanismen sind jedoch nicht immer komplett gewährleistet oder können beeinflusst werden, so dass es unter gewissen Umständen zu Autoimmunerkrankungen kommen kann. Zum Beispiel kann ein Pathogen, das sehr ähnliche molekulare Strukturen wie körpereigene Antigene aufweist, eine Immunantwort auslösen, welche nicht zwischen körpereigen und körperfremd unterscheiden kann. Dieser Vorgang wird auch als molekulare Mimikry bezeichnet und es wird vermutet dass dies eine Ursache für Autoimmunerkrankungen, wie zum Beispiel rheumatisches Fieber und das Guillain-Barré-Syndrom, sein kann. Die Leber ist das grösste innere Organ des Menschen und dient neben lebenswichtigen Funktionen wie Entgiftung und Stoffwechsel auch als Speicher- und Ausscheidungsorgan und produziert Gallensaft zur Unterstützung der Fettverdauung. Wegen der einzigartigen Funktion der Leber, lebensnotwendige nicht-körpereigene Substanzen wie Nahrung als auch gefährliche giftige Stoffe aus der Verdauung abzubauen, ist es besonders wichtig, dass Immunreaktionen in der Leber sorgfältig reguliert werden. Generell tendieren in der Leber aktivierte Immunzellen eher dazu Antigene zu tolerieren, auch wenn dies nicht immer der Fall ist, wie zum Beispiel bei der potenten Immunreaktion gegen den Hepatitis B Virus. Die Autoimmune Hepatitis (AIH) ist eine seltene chronische Lebererkrankung, bei der als Folge des Toleranzverlustes gegen hepatozelluläre Proteine eine durch das körpereigene Immunsystem ausgelöste Zerstörung der Hepatozyten mit Übergang in eine Zirrhose zugrunde liegt. Klinisch ist die AIH charakterisiert durch lymphozytäre und plasmazelluläre Infiltrate im Periportalfeld, Hypergammaglobulinämie und Autoantikörper. Serologisch lässt sich die AIH in Subtypen klassifizieren. Typisch für AIH vom Typ 1 sind Antikörper gegen Zellkerne (ANA) und Antikörper gegen glatte Muskulatur (SMA). LKM-1 Autoantikörper sind die serologischen Marker für AIH vom Typ 2 und reagieren mit immundominanten Regionen des Isomers 2D6 der Enzymfamilie Zytochrom P450 (CYP2D6). Bis jetzt ist sehr wenig über die Krankheitsursachen und die, der Krankheit zugrunde liegenden Mechanismen bekannt. Zudem fehlen repräsentative Tiermodelle. Die meisten Tiermodelle für AIH konnten nur eine vorübergehende Hepatitis auslösen und benötigten dazu meistens komplexe krankheitsauslösende Mechanismen. Es war das Ziel meines Projekts ein neues Maus-Model für AIH zu entwickeln welches die chronische Zerstörung der Leber bei menschlicher AIH möglichst genau reflektiert. Zusätzlich sollte ein klar definierter und möglichst plausibler Auslöser für die Krankheit gewählt werden, um die Mechanismen, die zur autoimmunen Zerstörung der Leber führen, genauer untersuchen zu können. Dafür wurden wild-typ Mäuse (FVB/N Mäuse) und Mäuse, die das menschliche CYP2D6 als Transgen in der Leber exprimieren (CYP2D6 Mäuse) mit einem lebertropen Adenovirus, der das menschliche CYP2D6 exprimiert (Ad-2D6), infiziert. Als Kontrollvirus, der keine Autoimmunerkrankung zur Folge haben sollte, wurde ein Adenovirus, der das grün fluoreszierende Protein (Ad-GFP) exprimiert, gewählt. Der Gebrauch eines Adenoviralen Vektors gewährleistet sowohl eine hohe als auch spezifische Expression des Transgenen CYP2D6 in der Leber der Mäuse. Das humane CYP2D6 wurde gewählt da Autoantikörper spezifisch für CYP2D6 das Hauptmerkmal zur Diagnose von AIH vom Typ 2 im Patienten sind und wild-typ Mäuse Zytochrom P450 mit hoher Homologie zum humanen CYP2D6 besitzen. Durch Infektion von wild-typ FVB/N und CYP2D6 Mäusen mit dem Kontrollvirus Ad-GFP konnte gezeigt werden, dass die virale Proteinexpression in der Leber nur vorübergehend war und dass schon nach zwei Wochen fast kein GFP mehr in der Leber exprimiert wurde. Infektion von wild-typ FVB/N sowie CYP2D6 Mäusen mit Adenovirus führte zu einer akuten virus-vermittelten Hepatitis mit vorübergehender Erhöhung der Leberwerte. Die Selbsttoleranz gegenüber CYP2D6 konnte jedoch nur in Ad-2D6-infizierten Mäusen durchbrochen werden und nicht in Ad-GFPinfizierten Mäusen. Das Durchbrechen der Toleranz führte zu lymphozytären und plasmazellulären Infiltraten, Leberfibrose und Nekrose. Dies konnte durch histologische Analysen gezeigt werden. Die Mehrzahl der infiltrierenden Zellen waren B-Zellen, CD4+ T-Zellen und Makrophagen, wobei weniger CD8+ T-Zellen gefunden wurden. Die B-Zell Toleranz wurde nur nach Ad-2D6 Infektion durchbrochen und führte zur Aktivierung von CYP2D6-spezifischen B-Zellen und zur Produktion und Sekretion von CYP2D6-spezifischen Antikörpern. Diese CYP2D6- spezifischen Antikörper erkannten die gleiche immundominante Region des menschlichen CYP2D6 wie LKM-1 Antikörper von Patienten mit AIH vom Typ 2. Interessanterweise zeigten die transgenen CYP2D6 Mäuse im Vergleich zu den wild-typ FVB/N Mäusen einen abgeschwächten autoimmunen Leberschaden, verspätete Immunzellinfiltrationen, weniger Leberfibrose und einen tieferen anti-CYP2D6 Antikörpertiter. Dies lässt die Vermutung zu, dass molekulare Ähnlichkeit (Maus Zytochrom P450 gegenüber humanen CYP2D6 vom Ad-2D6), eine stärkere Autoimmunantwort auslösen kann als molekulare Gleichheit (CYP2D6 Mäusen gegenüber Ad-2D6). Injektion des humanen CYP2D6 Proteins in Kombination mit verschiedenen Adjuvantien führte zur Produktion von CYP2D6-spezifischen Antikörpern, aber nicht zu autoimmuner Hepatitis. Dadurch konnte gezeigt werden, dass in unserem System die virus-vermittelte Expression von CYP2D6 nötig war um autoimmunen Leberschaden auszulösen. Die T-Zell Toleranz wurde ebenfalls nur nach Ad-2D6 Infektion durchbrochen. Dies konnte durch ex-vivo Stimulation von T-Zellen mit CYP2D6 Peptiden und der darauf folgenden Produktion von Zytokinen gezeigt werden. Interessanterweise konnte eine viel höhere Frequenz an Zytokinproduzierenden und daher CYP2D6 spezifischen T Zellen aus der Leber isoliert werden als aus der Milz. Wie schon bei der Durchbrechung der B Zell Toleranz konnte in wild-typ FVB/N verglichen mit transgenen CYP2D6 Mäusen eine stärkere Autoimmunantwort nachgewiesen werden. Zusammengefasst ist es uns gelungen ein neues Maus-Model zu etablieren, welches den chronischen autoimmunen Leberschaden und die serologischen Marker von AIH vom Typ 2 widerspiegelt. Zum ersten Mal konnte in einem Maus-Model die Produktion von Autoantikörpern mit derselben Spezifität wie menschliche LKM-1 Antikörper in AIH vom Typ 2 in Kombination mit einem chronischen autoimmunen Leberschaden gezeigt werden. Zusätzlich konnten wir zeigen, dass eine lebertrope Virusinfektion via molekulare Mimikry eine chronische autoimmune Lebererkrankung auslösen kann. Dieses Maus-Model sollte durch die Ähnlichkeit zum menschlichen Krankheitsbild der AIH vom Typ 2 und dem klar definierten und plausiblen Auslöser der Krankheit noch viel zu dem Verständnis der Mechanismen die zu AIH führen, beitragen können

Breaking tolerance to the natural human liver autoantigen cytochrome P450 2D6 by virus infection

Autoimmune liver diseases, such as autoimmune hepatitis (AIH) and primary biliary cirrhosis, often have severe consequences for the patient. Because of a lack of appropriate animal models, not much is known about their potential viral etiology. Infection by liver-tropic viruses is one possibility for the breakdown of self-tolerance. Therefore, we infected mice with adenovirus Ad5 expressing human cytochrome P450 2D6 (Ad-2D6). Ad-2D6–infected mice developed persistent autoimmune liver disease, apparent by cellular infiltration, hepatic fibrosis, “fused” liver lobules, and necrosis. Similar to type 2 AIH patients, Ad-2D6–infected mice generated type 1 liver kidney microsomal–like antibodies recognizing the immunodominant epitope WDPAQPPRD of cytochrome P450 2D6 (CYP2D6). Interestingly, Ad-2D6–infected wild-type FVB/N mice displayed exacerbated liver damage when compared with transgenic mice expressing the identical human CYP2D6 protein in the liver, indicating the presence of a stronger immunological tolerance in CYP2D6 mice. We demonstrate for the first time that infection with a virus expressing a natural human autoantigen breaks tolerance, resulting in a chronic form of severe, autoimmune liver damage. Our novel model system should be instrumental for studying mechanisms involved in the initiation, propagation, and precipitation of virus-induced autoimmune liver diseases

Early Production of IL-22 but Not IL-17 by Peripheral Blood Mononuclear Cells Exposed to live Borrelia burgdorferi: The Role of Monocytes and Interleukin-1

If insufficiently treated, Lyme borreliosis can evolve into an inflammatory disorder affecting skin, joints, and the CNS. Early innate immunity may determine host responses targeting infection. Thus, we sought to characterize the immediate cytokine storm associated with exposure of PBMC to moderate levels of live Borrelia burgdorferi. Since Th17 cytokines are connected to host defense against extracellular bacteria, we focused on interleukin (IL)-17 and IL-22. Here, we report that, despite induction of inflammatory cytokines including IL-23, IL-17 remained barely detectable in response to B. burgdorferi. In contrast, T cell-dependent expression of IL-22 became evident within 10 h of exposure to the spirochetes. This dichotomy was unrelated to interferon-γ but to a large part dependent on caspase-1 and IL-1 bioactivity derived from monocytes. In fact, IL-1β as a single stimulus induced IL-22 but not IL-17. Neutrophils display antibacterial activity against B. burgdorferi, particularly when opsonized by antibodies. Since neutrophilic inflammation, indicative of IL-17 bioactivity, is scarcely observed in Erythema migrans, a manifestation of skin inflammation after infection, protective and antibacterial properties of IL-22 may close this gap and serve essential functions in the initial phase of spirochete infection

FCC Physics Opportunities: Future Circular Collider Conceptual Design Report Volume 1

We review the physics opportunities of the Future Circular Collider, covering its e+e-, pp, ep and heavy ion programmes. We describe the measurement capabilities of each FCC component, addressing the study of electroweak, Higgs and strong interactions, the top quark and flavour, as well as phenomena beyond the Standard Model. We highlight the synergy and complementarity of the different colliders, which will contribute to a uniquely coherent and ambitious research programme, providing an unmatchable combination of precision and sensitivity to new physics

HE-LHC: The High-Energy Large Hadron Collider: Future Circular Collider Conceptual Design Report Volume 4

In response to the 2013 Update of the European Strategy for Particle Physics (EPPSU), the Future Circular Collider (FCC) study was launched as a world-wide international collaboration hosted by CERN. The FCC study covered an energy-frontier hadron collider (FCC-hh), a highest-luminosity high-energy lepton collider (FCC-ee), the corresponding 100 km tunnel infrastructure, as well as the physics opportunities of these two colliders, and a high-energy LHC, based on FCC-hh technology. This document constitutes the third volume of the FCC Conceptual Design Report, devoted to the hadron collider FCC-hh. It summarizes the FCC-hh physics discovery opportunities, presents the FCC-hh accelerator design, performance reach, and staged operation plan, discusses the underlying technologies, the civil engineering and technical infrastructure, and also sketches a possible implementation. Combining ingredients from the Large Hadron Collider (LHC), the high-luminosity LHC upgrade and adding novel technologies and approaches, the FCC-hh design aims at significantly extending the energy frontier to 100 TeV. Its unprecedented centre-of-mass collision energy will make the FCC-hh a unique instrument to explore physics beyond the Standard Model, offering great direct sensitivity to new physics and discoveries

HE-LHC: The High-Energy Large Hadron Collider – Future Circular Collider Conceptual Design Report Volume 4

In response to the 2013 Update of the European Strategy for Particle Physics (EPPSU), the Future Circular Collider (FCC) study was launched as a world-wide international collaboration hosted by CERN. The FCC study covered an energy-frontier hadron collider (FCC-hh), a highest-luminosity high-energy lepton collider (FCC-ee), the corresponding 100 km tunnel infrastructure, as well as the physics opportunities of these two colliders, and a high-energy LHC, based on FCC-hh technology. This document constitutes the third volume of the FCC Conceptual Design Report, devoted to the hadron collider FCC-hh. It summarizes the FCC-hh physics discovery opportunities, presents the FCC-hh accelerator design, performance reach, and staged operation plan, discusses the underlying technologies, the civil engineering and technical infrastructure, and also sketches a possible implementation. Combining ingredients from the Large Hadron Collider (LHC), the high-luminosity LHC upgrade and adding novel technologies and approaches, the FCC-hh design aims at significantly extending the energy frontier to 100 TeV. Its unprecedented centre-of-mass collision energy will make the FCC-hh a unique instrument to explore physics beyond the Standard Model, offering great direct sensitivity to new physics and discoveries

FCC-ee: The Lepton Collider: Future Circular Collider Conceptual Design Report Volume 2

In response to the 2013 Update of the European Strategy for Particle Physics, the Future Circular Collider (FCC) study was launched, as an international collaboration hosted by CERN. This study covers a highest-luminosity high-energy lepton collider (FCC-ee) and an energy-frontier hadron collider (FCC-hh), which could, successively, be installed in the same 100 km tunnel. The scientific capabilities of the integrated FCC programme would serve the worldwide community throughout the 21st century. The FCC study also investigates an LHC energy upgrade, using FCC-hh technology. This document constitutes the second volume of the FCC Conceptual Design Report, devoted to the electron-positron collider FCC-ee. After summarizing the physics discovery opportunities, it presents the accelerator design, performance reach, a staged operation scenario, the underlying technologies, civil engineering, technical infrastructure, and an implementation plan. FCC-ee can be built with today’s technology. Most of the FCC-ee infrastructure could be reused for FCC-hh. Combining concepts from past and present lepton colliders and adding a few novel elements, the FCC-ee design promises outstandingly high luminosity. This will make the FCC-ee a unique precision instrument to study the heaviest known particles (Z, W and H bosons and the top quark), offering great direct and indirect sensitivity to new physics