Notch signalering in de inductie van T helper-2 inflammatie in allergisch astma

  • Naam promovendus: prof R.W. Hendriks
  • Instituut Universiteit: Stichting IFMSA-Rotterdam

We gaan onderzoeken wat in muizen met astmaverschijnselen het therapeutische effect is van behandelingen met Notch-remmers. Ook willen we in een kweeksysteem T cellen en DCs afkomstig van patiënten met steroïde-gevoelig en steroïde-resistent astma vergelijken met gezonde controles, met name wat betreft de aanwezigheid van Jagged in DCs en Th2 cytokines in T cellen. Hierin zullen we tevens de effecten van Notch-remmers onderzoeken.

Astma is een chronische aandoening van de luchtwegen, waarbij patiënten allergisch zijn voor bepaalde stoffen, zoals huisstofmijt, dierlijke huidschilfers of schimmels, allergenen genoemd. Astma aanvallen worden gekenmerkt door ontsteking en luchtwegvernauwing, verhoogde slijmproductie, benauwdheid en kortademigheid. Er is niet één oorzaak van astma, maar het is wel aangetoond dat zgn. T helper 2 (Th2) cellen van groot belang zijn voor veel astmaverschinselen. Th2 cellen kunnen diverse ontstekingsbevorderende factoren of cytokines maken. Deze cytokines zijn direct verantwoordelijk voor veel astmasymptomen, zoals verhoogde slijmproductie, benauwdheid en aantrekking van allerlei ontstekingscellen. Centraal in de ontwikkeling van Th2 cellen is het cytokine IL-4, dat noodzakelijk is voor de vorming van Th2 cellen en ook voornamelijk door Th2 cellen zelf wordt geproduceerd.

De Th2 cellen kunnen ontstaan door stimulatie van naïeve T cellen, een bepaald type witte bloedcellen. Dergelijke allergeen-specifieke geactiveerde Th2 cellen worden niet gevormd bij gezonde personen, maar wel bij astmapatiënten. Ze kunnen ontstaan als naïeve T cellen worden geactiveerd door een ander celtype, dendritische cellen (DCs). Deze DCs zijn aanwezig in de longen en kunnen daar allerlei deeltjes uit ingeademende lucht opnemen en aanbieden aan T cellen. Het is op dit ogenblik nog onduidelijk hoe DCs ervoor zorgen dat naïeve T cellen zich ontwikkelen tot Th2 cellen.

De basis voor de huidige projectaanvraag zijn onze bevindingen dat de zgn. Notch signaleringsroute een belangrijke rol speelt bij de ontwikkeling van Th2 cellen. Hiervoor vonden we aanwijzingen in de muis, zowel in een celkweeksysteem als in een muizenmodel waarin astma werd opgewekt. T cellen dragen op hun celoppervlak Notch moleculen die kunnen binden aan bepaalde moleculen, Jagged of Delta-like genaamd, die op het oppervlak van DCs aanwezig kunnen zijn. De ontwikkeling van Th2 cellen kan op gang worden gebracht doordat T cellen in contact komen met Jagged moleculen op DCs. Als de DCs daarentegen een ander molecuul, Delta-like, op hun oppervlakte dragen, dan zal de T cel een alternatieve route inslaan, de Th1 cel, die niet leidt tot allergisch astma.

In dit project, willen we de functie van Notch signalering in de ontwikkeling van Th2 cellen en astma onderzoeken, zowel in de muis als bij mens. Hierbij maken we gebruik van een muizenmodel waarin we door herhaalde blootstelling aan huisstofmijt astmatische verschijnselen kunnen opwekken. Dit gaan we onderzoeken in muizenstammen waarin specifiek Jagged ontbreekt in DCs of componenten van de Notch signaleringsroute in T cellen ontbreken. We gaan onderzoeken wat in muizen met astmaverschijnselen het therapeutische effect is van behandelingen met Notch-remmers. Ook willen we in een kweeksysteem T cellen en DCs afkomstig van patiënten met steroïde-gevoelig en steroïde-resistent astma vergelijken met gezonde controles, met name wat betreft de aanwezigheid van Jagged in DCs en Th2 cytokines in T cellen. Hierin zullen we tevens de effecten van Notch-remmers onderzoeken. Wanneer Notch signalering inderdaad belangrijk blijkt te zijn bij astma en Notch-remmers de vorming van Th2 cellen bij de mens kunnen verminderen, kunnen nieuwe behandelingsmethoden worden ontwikkeld op basis van Notch-remmers. Door genoomwijde analyses willen we ook nieuwe bij astma betrokken genen identificeren, die in de toekomst een aangrijpingspunt voor nieuwe therapieën kunnen zijn.

Abstract

Allergic asthma is a chronic lung disease characterized by airway hyperreactivity (AHR) and inflammation in response to inhalation of airborne allergens, such as house dust mite (HDM), molds or animal dander. Although asthma is a complex disease, studies in patients and animal models have shown that enhanced activation of T helper-2 (Th2) cells and their cytokines explain many disease hallmarks. These include immunoglobulin E (IgE) synthesis (IL-4), airway eosinophilia (IL-5), mast cell accumulation (IL-9), goblet cell hyperplasia (IL-4, IL-13) and AHR (IL-13).

Central to the initiation of Th2 differentiation is IL-4, which induces the key Th2 transcription factor Gata3. Gata3 regulates the expression of the IL-4, IL-5 and IL-13 genes. In asthma naive T cells first encounter allergens presented by activated dendritic cells (DCs) that have the capacity to induce strong Th2 responses. Remarkably little is known about how Th2 differentiation is instructed by DCs and which pathways initiate IL-4 or Gata3 in T cells in vivo. Importantly, Th2 responses can be generated when only the T cells themselves can make IL-4, arguing against a requisite role for an external source of IL-4. Therefore, signals other than IL-4 must be able to drive Th2 differentiation.

Central to the current proposal is that we demonstrated that DCs use the Notch signaling pathway in T cells to instruct their differentiation. DCs expressing the Notch ligand Jagged induce Th2 differentiation, independently of IL-4, while DC expressing the Delta-like ligand induce the alternative Th1 cell fate. Notch signaling in T cells leads to activation of the nuclear effector RBPJ?, which binds to regulatory elements inducing Gata3 and IL-4 gene expression. Interestingly, intranasal administration of the Notch-inhibitor GSI (?-secretase inhibitor) reduced allergic airway inflammation in mice. In a mouse model for HDM-induced allergic asthma, we recently found that RBPJ? expression in T cells is essential for eosinophilia, AHR, IgE production and remarkably for both Th1 and Th2 cytokine induction in the lung. We also generated transgenic mice with constitutive Gata3 expression in all T cells, which showed enhanced and increased Th2 cell numbers in HDM-induced asthma.

In this project, we want to unravel the role of Notch signaling in the induction of Th2 inflammation in mice and human, thereby exploring Notch inhibition as a new therapeutic entity in asthma.
Our aims are to:
1. Establish whether expression of Notch on T cells and Jagged on DCs is critical for asthma induction in vivo. To this end, we will perform HDM-induced asthma experiments in various conditional knock-out mouse models with defective Notch signaling.
2. Study therapeutic effects of interfering with Notch signaling in vivo in mouse models for allergic asthma. We will use next to GSI, which may have toxic side affects, the novel inhibitor SAHM1.
3. Investigate Jagged/Delta-like expression in lungs of asthma patients. We will explore whether patients with steroid sensitive or steroid resistant asthma show aberrant Notch signaling favoring Th2 differentiation in DC-T cell co-cultures in vitro.
4. Investigate the effects of interfering with Notch signaling, as a means to inhibit Th2 differentiation in human DC-T cell co-cultures.
5. Identify novel targets of Notch signaling genome-wide in asthma by a next deep-sequencing approach in human T cells, based on in vitro activated T cells from DC-T cell co-cultures.

Downloads

  • Bedrag:
    -250.000,00
  • Looptijd:
    4 jaar,
  • Soort subsidie:
    Research Project
  • Andere aanvragers/partners:
    De heer D. Amsen
    prof Dr B.N.M. Lambrecht
  • Projectnummer:
    3.2.12.087