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Donor-dependent effects of para-Phenylenediamine on human monocyte-derived dendritic cells

Donor-dependent effects of para-Phenylenediamine on human monocyte-derived dendritic cells

Spenderabhängige Effekte von Paraphenylendiamine auf humane Monozyten abstammende dendritischen Zellen

  • Allergische Kontaktdermatitis ist eine zellvermittelte verzögerte Überempfindlichkeitsreaktion auf niedermolekulare Substanzen, die häufig Hautreaktionen hervorrufen und dadurch sowohl persönliche als auch berufliche Probleme verursachen. Chemikalien wie para-Phenylendiamin (PPD) und andere verwandte para-Aminobenzole werden häufig in Farben eingesetzt und erlangen aufgrund ihrer starken Allergenität eine immer größere Aufmerksamkeit. Bis jetzt ist das Wissen über zelluläre Immunantworten auf PPD nur begrenzt verstanden. In dieser Studie haben wir das immunmodulatorische Potential vonrnPPD untersucht, vor allem hinsichtlich der Fragestellung, ob PPD selber naive T-Zellen sensibilisieren kann oder ob PPD letztendlich nur ein Allergen ist. In Anbetracht der Tatsache das dendritische Zellen (DZ) eine vorherrschende Rolle bei der allergischen Kontaktdermatitis spielen, haben wir untersucht, in wie weit PPD in der Lage ist, funktionelle Reifung zu modulieren. Um abschätzen zu können, welcher Anteil an PPD nach der Stimulation zur potentiellen Aktivierung tatsächlich zur Verfügung steht, haben wir die metabolische Kompetenz von "monocyte derived dendritic cells" (MoDC) untersucht, PPD zurnacetylieren. Dazu haben wir die N-Acetyltransferase 1 (NAT-1) und N-Acetyltransferase 2(NAT-2) mRNA Expression charakterisiert und weitergehend die metabolische Aktivität von NAT-1 Enzym bestimmt. Mit diesen Versuchen konnten wir zeigen, dass MoDC von 9 aus 10 Spendern das NAT-1 Enzym exprimieren und konnten in 4 von 6 Spendern acetyliertes PPD in Extrakten aus Zellkulturüberständen detektieren. In Anbetracht der Tatsache, dassrnacetyliertes PPD nicht in der Lage ist, MoDC zu aktivieren, können wir davon ausgehen,dass der Anteil an acetyliertem PPD zur DC Aktivierung nicht zur Verfügung steht. Um das sensibilisierende Potential von PPD herauszufinden, haben wir nach Stimulation mit verschiedenen PPD Konzentrationen die Expression von Oberflächenmolekülen, die für die Antigenpräsentation, Co-Stimulation, späte Migration und dendritische Zell-/T-Zell-Wechselwirkung entscheidend sind, zu verschiedenen Zeitpunkten mittels Durchflusszytometrie Messungen (FACS) gemessen. Zusammengefasst konnten wir zeigen,dass PPD signifikant die "chemokine receptor 7" (CCR7) Expression und nicht signifikant die "human leukocyte antigen " DR" HLA-DR, "DC-specific C-type lectin intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin" (DC-SIGN) und "cluster domain" 11c (CD11c) Expression erhöht. Die erhöhte CCR7 Expression ermutigte uns, weiter nachzuforschen, ob PPD trotz der Tatsache, dass es keine traditionelle CD80 und CD86 Expression induzieren kann, fähig ist, DCs zu aktivieren. Ausgiebige Zytokinkinetikmessungen konnten diese Hypothese bestätigen. Mit Cytometric Beat Array (CBA) Messungen konnten wir gleichzeitig Mediatoren wie "Interleukin -1ß" (IL-1ß), "tumor necrosis factor-alpha" (TNF-α), IL-8, IL-6, IL-12P70 undrnIL-10 messen und damit demonstrieren, dass PPD in der Lage ist, bei allen Spendern "Danger Signals" zu induzieren. Zudem konnten wir zeigen, dass die PPD induzierte Zytokinausschüttung interindividuell schwankte und zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgte. Überraschenderweise war die qualitative Zusammensetzung der Zytokine vergleichbar. Während in 3 von 4 Spendern die Zytokinexpression eher schwach erhöht war und von kurzer Dauer, haben wir in einem Spender vor allem mit den Konzentrationen von 10μM und 50μM PPD verblüffend hohe Zytokinausschüttungen gemessen. Dieser Spenderrnscheint eine Person zu repräsetieren, die empfänglicher für eine PPD Sensibilisierung ist als andere. Unabhängig davon, hat uns die Tatsache, dass PPD in allen Spendern "Danger Signals", aber keine gesteigerte Expressionsrate von traditionellen Reifungsmarkern (mit Ausnahme von CCR7) induzierte, veranlasst zu untersuchen, ob PPD anderweitig fähig ist,in MoDC Immunantworten zu modulieren. Daraufhin haben wir den Einfluss von PPD aufrnaktivierte DCs gemessen und die Ergebnisse bestätigten die Annahme. Weiterhin konnten wir zeigen, dass PPD immunogenes Potential aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass die LPS induzierten Signaltransduktionswege in MoDC gut charakterisiert sind, konnten wir mit dieser Studie zusätzlich Hinweise über die PPD induzierte Signalgebung liefern.
  • Allergic contact dermatitis (ACD), a delayed hypersensitivity reaction to small molecular weight compounds, is a common skin reaction causing personal and occupational problems. Chemicals, such as PPD (Paraphenylenediamine) and other related para-aminobenzenes, frequently found in dyes, are raising increasing concerns about their strong allergenicity. Up to now, the knowledge about cellular immune responses initiated by PPD is limited. In the current study, we investigated the immune modulatory potential of PPD to find answers to the still open question of whether or not PPD itself is able to sensitize naïve T cells or wether PPD is solely an allergen. Taking into account that dendritic cells play a pivotal role in the sensitization process for ACD, we analyzed the impact of PPD to induce and modulate functional maturation in monocyte derived dendritic cells (MoDC). To initially estimate the amounts of actual PPD available after stimulation, we validated the metabolic compentence of MoDC to acetylate PPD. Thereby, we characterized the N-acetyltransferase 1 and 2 (NAT-rn1- and 2) mRNA expression and further determined the metabolic activity of NAT1 enzyme. We found that MoDC express NAT-1 enzyme in 9 of 10 donors and detected mono- as well as di-acetylated PPD in extracts of cell culture supernatants in 4 of 6 donors confirming that in vitro-generated MoDC express metabolic active N-acetyltransferase-1 (NAT-1). In consideration that acetylated PPD is unlikely to be able to activate dendritic cells we can assume that initially added PPD cannot be completely available for dendritic cell activation. In order to elucidate the sensitizing potential of PPD, we measured the expression of surface molecules crucial for presentation, co-stimulation, late migration, and dendritic cell/ t-cell interaction after stimulation with different PPD concentrations and different incubation durations with FACS analysis. In summary, we found that PPD significantly enhances the chemokine receptor 7 (CCR7) expression and insignificantly affects HLA-DR, DC-SIGN, andrnCD11c expression. The enhanced CCR7 expression strongly indicates that PPD is, despite the fact that it cannot induce the traditional co-stimulatory molecules CD80 and CD86, able to activate dendritic cells. Augmentative cytokine kinetic measurements did substantiate this hypothesis. With cytometric beat array analysis, we were able to measure coevally mediators such as interleukin 1 beta (IL1ß), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), IL-8, IL-6, IL-12P70, and IL-10 and therewith to demonstrate that PPD induces danger signals in all tested donors. In addition we could show strong inter-individual differences in the PPD-induced cytokine production in terms of magnitude and secretion times. Surprisingly, the qualitative composition was then comparable. While in 3 of 4 donors enhanced cytokine expression was rather weak and of short duration, we measured, in one donor, amazing cytokine responses, particularly after incubation with 10 and 50μM PPD. This donor might represent a personrnwho is more susceptible for sensitizing to PPD than others. Independently, the fact that PPD is able to induce danger signals in all subjects but no significant upregulation of traditional maturation markers (with the exception of CCR7) we further searched if PPD is able to actively modulate dendritic cell responses. We therefore measured the influence of PPD on activated dendritic cells and co-stimulated the MoDC with PPD and lipopolysaccharide(LPS). The third indication that PPD does indeed have immunogenic impact ( the first:rnenhanced CCR7 expression, and the second: induction of danger signals) comes from test results, showing that PPD enhances the LPS induced TNF-α expression and also reduces the LPS induced expression of CD80 and CD86.

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Metadaten
Author:Angela Heckelen
URN:urn:nbn:de:hbz:385-5602
Advisor:Brunhilde Blömeke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:Multiple languages
Date of completion:2010/01/25
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2008/06/03
Release Date:2010/01/25
Tag:Co-Stimulation; Dendritische Zellen; Paraphenylendiamine; Sensibilisierung
-´co-stimulation; Paraphenylenediamine; dendritic cells; sensitization
GND Keyword:Immunstimulation; Sensibilisierung <Immunologie>
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie

$Rev: 13581 $