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Toll-like receptor heterodimer variants influence Th1/Th2 signaling and protect from the development childhood asthma.

Toll-like-Rezeptor Heterodimer-Varianten beeinflussen die Th1/Th2 Antwort und schützen vor der Entstehung von Asthma im Kindesalter.

München, Technische Universität, Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Diss., 2007, 124 S.
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Toll-like receptors (TLRs 1-10) represent a major group of receptors for the specific recognition of pathogen-associated molecular patterns capable of activating innate and adaptive immunity. Adaptive immunity is T-cell dependent and may result in the production of allergen specific IgE in the case of atopic sensitisation, which is a common feature of childhood asthma. Intriguingly, early exposure to microbes reduces the risk for asthma and a number of polymorphisms in TLR genes may be involved. However, previous publications dealt mostly with single SNPs in individual TLRs, they were often afflicted with small sample size and did not offer a model explaining the observed effects. Therefore, gradually the following aims were formulated: - a comprehensive genetic analysis to evaluate the effects of variations and haplotypes in the human TLR system on childhood asthma - testing reproducibility of associations in several independent populations - applying interaction models based on functional clustering and putative heterodimerisation of TLRs - investigating the influence of associated SNPs on TLR mRNA as well as protein expression, and – after stimulation – on TLR signaling and cytokine production ex vivo - proposing a model how asthma susceptibility could be modulated in a beneficial way Implementing different in silico approaches, 21 polymorphisms in all 10 human TLRs were systematically selected for putative function. Genotyping was performed in three German populations (N=1,872) utilizing MALDI-TOF MS, SPOLA and sequencing. Protective association with lower incidence of atopic asthma were identified for SNPs in TLR1 (P=0.002), TLR6 (P=0.003) and TLR10 (P=0.006), all capable of forming heterodimers with TLR2. The risk to develop atopic asthma was thereby reduced by nearly 50%. Analysis of epistasis highlighted that interactions between SNPs in heterodimerizing TLRs significantly influenced the development of asthma in children. Quantitative RealTime RT-PCR revealed that carriers of the minor alleles in TLR1, TLR6 and TLR10 (mediating protection) showed an increased expression of the respective TLR mRNAs compared to wildtype carriers, which was subsequently confirmed on the protein level with flow cytometry. Additionally, stimulation of PBMCs of minor allele carriers with ligands specific for TLR2/1 and TLR2/6 heterodimers lead to an augmented inflammatory response, elevated Th1 cytokine expression and reduced Th2 related IL-4 production compared to wildtype carriers. These results suggest TLR1 and TLR6 as intriguing new targets for asthma research as they have not been recognised to be involved in atopic disease mechanisms so far. Stimulating certain TLR heterodimers, rather than arbitrary microbial exposure, may protect from the development of childhood asthma. These findings may help to identify protective agents (acting through TLR1 and TLR6 activation) for a beneficial and specific modification of the TLR system to reduce asthma susceptibility.
Toll-like Rezeptoren (TLRs 1-10) repräsentieren eine wichtige Gruppe von Rezeptoren, welche spezifisch molekulare Strukturen von Pathogenen erkennen und das angeborene sowie adaptive Immunsystem aktivieren können. Das adaptive Immunsystem ist T-Zell-abhängig und kann - im Falle einer atopischen Sensibilisierung - zur Ausschüttung von Allergen spezifischem IgE führen, was ein häufiges Merkmal von Asthma darstellt. Interessanterweise reduziert der frühe Kontakt zu Mikroben das Risiko Asthma zu entwickeln. Eine Reihe von Polymorphismen in TLR Genen könnten dabei eine Rolle spielen. In vorangegangenen Publikationen wurden jedoch hauptsächlich SNPs getrennt in einzelnen TLRs untersucht - in jeweils kleinen Populationen und ohne ein erklärendes Modell vorzuschlagen. Daher wurden für die Dissertation folgende Ziele gewählt: - eine übergreifende genetische Analyse um die Effekte von Variationen und Haplotypen im humanen TLR System auf Asthma im Kindesalter zu beschreiben - Test der Reproduzierbarkeit der Assoziationen in unabhängigen Populationen - Berechnung von Interaktionsmodellen speziell vor dem Hintergrund der Heterodimerisierung bestimmter TLRs - Analyse des Einflusses der assoziierten SNPs auf TLR mRNA und Proteinexpression, und auf Signalweiterleitung und Zytokinproduktion nach Stimulation ex vivo - Erstellung eines Modells, wie Asthmaanfälligkeit verringert werden könnte Mit Hilfe verschiedener in silico Verfahren wurden aus allen 10 humanen TLRs 21 Polymorphismen ausgewählt. Die Genotypisierung erfolgte in drei deutschen Populationen (N=1.872) via MALDI-TOF MS, SPOLA und Sequenzierung. SNPs in TLR1 (P=0,002), TLR6 (P=0,003) und TLR10 (P=0,006) (TLRs, welche mit TLR2 Heterodimere formen können) senkten das Risiko der Entstehung von atopischem Asthma um beinahe 50%. Gen-Gen-Interaktionen zwischen den heterodimerisierenden TLRs beeinflussten dabei signifikant die Entstehung von Asthma bei Kindern. Quantitative RT-PCR zeigte, dass Träger der selteneren, protektiven Allele in TLR1, TLR6 und TLR10 erhöhte mRNA Level der entsprechenden TLRs aufwiesen. Dies wurde mit Durchflusszytometrie auf Proteinebene bestätigt. Außerdem führte die Stimulation von PBMCs - gewonnen aus Trägern der selteneren Allele - mit spezifischen TLR2/1 und TLR2/6 Liganden ex vivo zu einer erhöhten inflammatorischen Antwort sowie zu erhöhter Th1 Zytokinexpression und verminderter Th2 Antwort, verglichen mit Trägern der Wildtypallele. Diese Ergebnisse präsentieren TLR1 und TLR6 als neue Kandidaten der Asthmaforschung. Nicht jeder mikrobielle Kontakt, aber die Stimulation bestimmter TLR Heterodimere könnte vor der Entstehung von Asthma in der Kindheit schützen. Diese Erkenntnisse könnten dabei helfen protektive Liganden zu finden, die eine vorteilhafte Modifikation des TLR Systems erlauben um damit die Asthmaanfälligkeit zu senken.
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Publikationstyp Sonstiges: Hochschulschrift
Typ der Hochschulschrift Dissertationsschrift
Schlagwörter Toll-like-Rezeptoren; Genanalyse; Polymorphismus
Quellenangaben Band: , Heft: , Seiten: 124 S. Artikelnummer: , Supplement: ,
Hochschule Technische Universität
Hochschulort München
Fakultät Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan