Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/13895
Title: Role of TH1 and TH17 CD4+ T cell subsets in the pathogenesis of experimental autoimmune encephalomyelitis
Other Titles: Papel dos linfócitos CD4+ TH1 e TH17 na patogénese da encefalomielite autoimune experimental
Authors: Domingues, Helena Sofia de Azevedo 
Orientador: Wekerie, Hartmut
Malva, João Oliveira
Keywords: Células Th1; Células Th17; Encefalomielite
Issue Date: 27-Sep-2010
Citation: DOMINGUES, Helena Sofia de Azevedo - Role of TH1 and TH17 CD4+ T cell subsets in the pathogenesis of experimental autoimmune encephalomyelitis. Coimbra, 2010
Abstract: Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease that affects the central nervous system (CNS) and is characterized by inflammation, demyelination and axonal destruction, consequently leading to neuronal death. The processes that are involved in triggering the onset and driving inflammation, cellular composition and distribution of autoimmune lesions during the course of MS are not completely understood. Thus far, the animal model representing human MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) has proved a central role for myelin‐autoimmune CD4+ helper T cells playing in the initiation of inflammatory demyelination of the CNS. In the past recent years, the scientific community has witnessed a real revolution regarding the knowledge of CD4+ T cell biology and this had, of course, an important impact in the understanding of many immune‐related diseases. Since the discovery in 2005 of the new Th17 cell subset, a big debate took place concerning the true pathogenic CD4+ T cell subset in EAE and MS. Th1 cells, which produce IFNγ as their signature cytokine, have for many years been considered to be the pathogenic effector T cells in CNS autoimmunity. However, unexpected data obtained together with the discovery of Th17 cells have led the researchers to believe that Th17 cells but not Th1 cells were pathogenic in EAE. Nevertheless, evidence coming from spontaneous EAE models developed in this lab suggested that both CD4+ T cell subsets, Th1 and Th17, may contribute to the pathogenesis, probably with different roles. Therefore, the main aim of this thesis was to address the roles of Th1 and Th17 cell subsets in the context of autoimmune disease of the CNS. Initially, by establishing an adoptive transfer EAE model, the individual pathogenicity of myelin‐specific Th1 and Th17 cells was evaluated in vivo and it was observed that both T cell lineages were able to induce EAE, but with different clinical features. While Th1 cells induced only classical paralytic EAE, many animals receiving Th17 cells developed an ataxic, non‐classical EAE phenotype. Interestingly, when Th1 and Th17 cells were cotransferred induced more severe EAE with earlier onset, indicating that these two CD4+ subsets are both pathogenic and synergize to trigger autoimmune inflammation in the CNS. Finally, it was found that transferred Th17 cells can convert to a Th1 phenotype in the host, suggesting plasticity in the Th17 cell subset and emphasizing a pathogenic role for Th1 cells. Next, taking into account our data and earlier findings previous to the Th17 cell discovery that demonstrated a cytotoxic capacity of auto‐antigenic T cells over astrocytes, important CNS resident glial cells, we asked which of the CD4+ T cell subset was cytotoxic to astrocytes. By establishing an in vitro co‐culture of myelin‐specific Th1 and Th17 cells with GFP positive‐astrocytes, it was possible to pursue cytotoxicity by fluorescent time‐lapse microscopy. It was found that Th1 but not Th17 cells were cytotoxic to astrocytes, further emphasizing the pathogenic role of Th1 cells. Finally, in order to identify molecules that are differently regulated in Th1 and Th17 cells and to understand which different roles these cells might play in EAE, a transcriptome analysis by microarrays of both populations was performed. We found the nuclear receptor Rev‐Erbα to be expressed in Th17 but not in Th1 cells. A pathway analysis revealed a relationship of Rev‐Erbα with RORα, an important transcription factor for Th17 differentiation, but no definite role for this molecule in regulating Th17 differentiation could be established. In conclusion, this thesis demonstrates, contrary to initial evidence, that both myelinspecific Th1 and Th17 CD4+ T cell subsets are able to induce pathogenicity in EAE, though with different capabilities to mediate disease. Also, Th1 cells are true cytotoxic effector cells destroying astrocytes, important neuronal buffer cells. A new gene was also discovered, Rev‐Erbα, which is differently regulated by Th1 and Th17 cells. Though no impact of Rev‐Erbα in Th17 differentiation could be determined, a possible role in Th17 biology will need to be further addressed.
A Esclerose Múltipla (EM) é uma doença autoimune que afecta o Sistema Nervoso Central (SNC) e é caracterizada pela presença de inflamação, desmielinização e destruição axonal, levando, consequentemente, à morte neuronal. Os processos que despoletam e conduzem a resposta inflamatória, composição celular no SNC e distribuição das lesões autoimunes no curso da doença não são completamente conhecidos. Até ao momento, o modelo animal que representa a EM, a Encefalomielite Autoimune Experimental (EAE), tem sido essencial na identificação dos linfócitos CD4+ autoimunes, específicos para a mielina, como células centrais na iniciação das desmielinização inflamatória do SNC. Nos últimos anos, a comunidade científica tem assistido a uma revolução no conhecimento acerca da biologia das células T CD4+ ajudantes. Consequentemente, este facto teve um impacto extremamente importante na compreensão de muitas doenças relacionadas com o sistema imunitário. Desde a descoberta em 2005 do novo subtipo de células CD4+ ajudantes, as células Th17, uma grande controvérsia cresceu na discussão sobre o verdadeiro subtipo de células CD4+ patogénico na EAE e EM. As células Th1, que produzem IFNγ como principal citocina, foram durante muitos anos consideradas as células CD4+ patogénicas na EM e EAE. No entanto, evidências científicas paradoxais obtidas em paralelo com a descoberta das células Th17 levaram os investigadores a acreditar que, afinal, as células Th17, e não as Th1, eram as patogénicas na EAE. Em todo o caso, observações feitas nos modelos espontâneos para a EAE desenvolvidos no nosso laboratório sugeriram que, talvez, ambos os subtipos sejam importantes e contribuam para a patogénese, provavelmente com diferentes papéis. Assim, o principal objectivo desta tese consistiu na elucidação dos papéis individuais das células Th1 e Th17 no contexto da autoimunidade do SNC. Inicialmente, ao estabelecer um modelo de EAE por transferência adoptiva, avaliámos in vivo a patogenicidade individual das células Th1 e Th17 específicas para a mielina e descobrimos que ambos os subtipos são capazes de induzir EAE, embora com diferentes características clínicas. Ao passo que as células Th1 induziram apenas EAE clássica, muitos animais transferidos com células Th17 desenvolveram um fenótipo de 14 EAE não‐clássico, atáxico. Curiosamente, quando as células Th1 e Th17 foram transferidas em conjunto induziram EAE mais severa e com início de doença antecipado, indicando que estes dois subtipos de células CD4+ são ambos patogénicos e cooperam sinergicamente para despoletar inflamação autoimune no SNC. Finalmente, observámos que as células Th17 transferidas se converteram para o fenótipo Th1 no animal recipiente, sugerindo plasticidade das células Th17. Em seguida, tendo em conta os nossos resultados e observações anteriores à descoberta das células Th17 que demonstraram uma capacidade citotóxica de células T ajudantes e auto antigénicas, mediadoras de EAE, sobre astrócitos, questionou‐se qual subtipo seria o responsável por tal citotoxicidade. Após desenvolvimento de um sistema de co‐cultura de astrócitos GFP positivos com células Th1 e Th17 específicas para a mielina, foi possível avaliar a citotoxicidade por microscopia de fluorescência em tempo real. Descobrimos que são as células Th1, e não as Th17, citotóxicas para os astrócitos, enfatizando assim um papel patogénico das células Th1. Finalmente, com o objectivo de identificar moléculas reguladas de modo diferente pelas células Th1 e Th17 e que, de certo modo, possam explicar os diferentes papéis que estes subtipos possam ter na EAE, foi realizado uma análise do transcriptoma das duas populações por microarrays. O nosso estudo focou-se no receptor nuclear Rev‐Erbα, expresso nas células Th17 mas não nas Th1. Uma análise das vias celulares e relações moleculares revelou uma associação do Rev‐Erbα com o RORα, um importante factor de transcrição para a diferenciação das células Th17. No entanto, não foi possível definir um papel para este receptor na diferenciação das células Th17. Em suma, nesta tese de doutoramento foi possível demonstrar que, ao contrário das evidências iniciais, no nosso modelo de EAE ambos os subtipos de células T CD4+ específicos para a mielina, Th1 e Th17, são capazes de induzir patogenicidade na EAE. Ainda, mostrou-se que as células Th1, mas não as Th17, são citotóxicas para os astrócitos, importantes células protectoras dos neurónios no SNC. Descobrimos também que o receptor Rev‐Erbα é regulado de modo diferente pelas células Th1 e Th17. Apesar de não termos encontrado um papel relevante do Rev‐Erbα na diferenciação das células Th17, é possivel que exerça uma função importante na biologia das mesmas, que terá de ser explorada no futuro.
Description: Tese de doutoramento em Biologia (Biologia Celular) apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/13895
Rights: openAccess
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