The etiology of Alzheimer’ s disease (AD) is still unresolved, even if it is becoming clearer that inflammation, a process associated to the onset of several neurodegenerative disorders, plays a central role in this disease. Inflammation is a key component of innate immune system. Innate immunity is a very highly conserved system that protects the host from infections in a non-specific manner. Even if this system provides a powerful response to a range of insults it must be tightly regulated: deregulation and chronic activation can have detrimental effects on the host. Chronic inflammation has been involved not only in peripheral diseases but also in neurodegenerative diseases of the central nervous system, like Alzheimer’s disease. Our working hypothesis is that inflammation plays a negative role in this pathology and that the mechanisms regulating the inflammatory responses are functional compromised in AD patients compared to Mild cognitive impairment (MCI) and to healthy controls (HC). One of the main way in which immunologic tolerance is modulated is through T regulatory cells (Treg). Our results indicate that the development of AD is associated with a reduction of circulating T reg naïve cells, the subpopulation of Treg cells endowed with the strongest suppressive ability. These quantitative changes are associated with qualitative changes, summarized as an increase of Aβ-specific proliferation and a reduced ability of Treg to suppress such proliferation. The analysis of the PD-1/PD-L1 pathway, which modulates the balance between inflammation and tolerance by inducing IL-10 production and apoptosis of antigen-specific cells, shows a decrease of PD-1 expressing CD4+ T cells in AD and MCI compared to HC as well as a decrease of PD-L1- expressing and IL-10-producing CD14+ cells. The impairment of the PD-1/PD-L1 pathway in AD patients results in reduced IL-10 production and diminished apoptosis of Aβ-specific CD4+ T lymphocytes. The central role performed by PD-1/PD-L1 pathway in inducing the apoptosis of Abeta-specific T cells is confirmed by the observation that apoptosis is inhibited pre-incubating lymphocytes with a PD-L1-specific blocking antibody. The analysis of lymphocytes subpopulations in AD and MCI compared to controls highlight that in AD patients not only an alteration of immunological tolerance is present but also a shift in the differentiation of T lymphocytes towards an inflammatory phenotype Th-9 and Th-17. Our results showed indeed that cytokines (IL-21, IL-23, IL-6) and transcription factor (RORc/gt) involved in the differentiation of Th-17, as well as cytokines (IL-21, IL-22) produced by these cells are all augmented in AD compared to MCI and HC. Notably, IL-9, the effector cytokine produced by Th-9 cells, was significantly increased as well in AD patients, indicating that, beside Th-17, Aβ- specific Th-9 lymphocytes are upregulated in AD. In conclusion the impairment of the immune response, with a profound skewing favoring inflammatory and effector responses, seem to play a pivotal role in this pathology.

La patogenesi dell' Alzheimer (AD) non è nota, tuttavia è sempre più chiaro che l’ infiammazione, processo associato all’insorgenza di numerose malattie neurodegenerative del sistema nervoso centrale, svolga un ruolo in tale patologia. L’infiammazione è una componente chiave della risposta immunitaria innata. L’immunità innata è un sistema altamente conservato che protegge l’ospite dalle infezioni in maniera aspecifica. Sebbene questo sistema rappresenti una risposta efficace e potente agli stimoli acuti è necessario che sia finemente regolato: una deregolazione o un’attivazione cronica possono infatti avere effetti dannosi per l’ospite. L’infiammazione cronica è stata implicata non solo in malattie periferiche ma anche in malattie neurodegenerative del sistema nervoso centrale come l’Alzheimer. L’ipotesi di questo lavoro è stata che l’infiammazione rappresenti un fattore negativo per la malattia di Alzheimer e che i meccanismi che concorrono a regolare la risposta infiammatoria siano quantitativamente e funzionalmente compromessi negli AD rispetto agli MCI e HC. Uno dei meccanismi di regolazione della tolleranza immunologica è rappresentato dai linfociti Treg. I risultati presentati indicano che lo sviluppo della patologia di AD è associato ad una diminuzione del numero di Treg circolanti e in particolare della percentuale di Treg naive. Quest’alterazione quantitativa è associata ad un’alterazione qualitativa quale un’aumentata proliferazione amiloide- specifica e ad una ridotta capacità dei Treg di sopprimere tale proliferazione. L’analisi del pathway PD1-PDL1, in grado di controllare la risposta infiammatoria mediante produzione di IL-10 e induzione di apoptosi antigene-specifica, ha mostrato una diminuzione dell’espressione di PD-1 sui linfociti T CD4+ dei pazienti AD e MCI rispetto ai controlli sani. I risultati mostrano inoltre una diminuzione significativa della produzione di IL-10 da parte di CD14+PD-L1+. La down-regolazione di questi meccanismi osservata nei pazienti AD e MCI risulta in un aumento della proliferazione dei linfociti T stimolati alla βA. Il ruolo chiave svolto dall’interazione PD-1/PD-L1 nell’indurre l’apoptosi dei linfociti T CD4+ specifici per βA è confermato dall’osservazione che l’apoptosi è bloccata preincubando queste cellule con un anticorpo bloccante anti- PD-L1. Lo studio delle sottopopolazioni linfocitarie nelle forme di AD rispetto alla forma MCI e agli HC ha inoltre evidenziato che nei pazienti AD non solo vi è un’alterazione nei meccanismi di tolleranza immunologica ma anche uno shift nel differenziamento del linfociti T verso un fenotipo infiammatorio di tipo Th-17 e Th-9. I risultati hanno, infatti, mostrato un aumento della produzione delle citochine infiammatorie (IL-21, IL-23, IL-6) e dei fattori di trascrizione (RORc/gt) coinvolti nel differenziamento dei Th-17 così come delle citochine effettrici (IL-21 e IL-22) prodotte da tali cellule nei pazienti AD rispetto agli MCI e agli HC. In particolare, IL-9, la citochina effettrice prodotta dalle Th-9, è significativamente aumentata nei pazienti AD, indicando che oltre ai Th-17 anche i Th-9 specifici per la βA sono upregolati negli AD e Th-9 (IL-21 e IL-22). In conclusione la compromissione della risposta immunitaria, con una profonda inclinazione a favore di risposte effettrici e infiammatorie, sembra svolgere un ruolo chiave in questa patologia.

IMMUNE MECHANISMS ASSOCIATED TO NEUROINFLAMMATION IN ALZHEIMER¿S DISEASE / F. Piancone ; tutore: M. Clerici ; co-tutore: M. Saresella ; coordinatore: M. Clerici. - : . DIPARTIMENTO DI FISIOPATOLOGIA MEDICO-CHIRURGICA E DEI TRAPIANTI, 2013 Feb 12. ((25. ciclo, Anno Accademico 2012. [10.13130/piancone-federica_phd2013-02-12].

IMMUNE MECHANISMS ASSOCIATED TO NEUROINFLAMMATION IN ALZHEIMER¿S DISEASE

F. Piancone
2013-02-12

Abstract

La patogenesi dell' Alzheimer (AD) non è nota, tuttavia è sempre più chiaro che l’ infiammazione, processo associato all’insorgenza di numerose malattie neurodegenerative del sistema nervoso centrale, svolga un ruolo in tale patologia. L’infiammazione è una componente chiave della risposta immunitaria innata. L’immunità innata è un sistema altamente conservato che protegge l’ospite dalle infezioni in maniera aspecifica. Sebbene questo sistema rappresenti una risposta efficace e potente agli stimoli acuti è necessario che sia finemente regolato: una deregolazione o un’attivazione cronica possono infatti avere effetti dannosi per l’ospite. L’infiammazione cronica è stata implicata non solo in malattie periferiche ma anche in malattie neurodegenerative del sistema nervoso centrale come l’Alzheimer. L’ipotesi di questo lavoro è stata che l’infiammazione rappresenti un fattore negativo per la malattia di Alzheimer e che i meccanismi che concorrono a regolare la risposta infiammatoria siano quantitativamente e funzionalmente compromessi negli AD rispetto agli MCI e HC. Uno dei meccanismi di regolazione della tolleranza immunologica è rappresentato dai linfociti Treg. I risultati presentati indicano che lo sviluppo della patologia di AD è associato ad una diminuzione del numero di Treg circolanti e in particolare della percentuale di Treg naive. Quest’alterazione quantitativa è associata ad un’alterazione qualitativa quale un’aumentata proliferazione amiloide- specifica e ad una ridotta capacità dei Treg di sopprimere tale proliferazione. L’analisi del pathway PD1-PDL1, in grado di controllare la risposta infiammatoria mediante produzione di IL-10 e induzione di apoptosi antigene-specifica, ha mostrato una diminuzione dell’espressione di PD-1 sui linfociti T CD4+ dei pazienti AD e MCI rispetto ai controlli sani. I risultati mostrano inoltre una diminuzione significativa della produzione di IL-10 da parte di CD14+PD-L1+. La down-regolazione di questi meccanismi osservata nei pazienti AD e MCI risulta in un aumento della proliferazione dei linfociti T stimolati alla βA. Il ruolo chiave svolto dall’interazione PD-1/PD-L1 nell’indurre l’apoptosi dei linfociti T CD4+ specifici per βA è confermato dall’osservazione che l’apoptosi è bloccata preincubando queste cellule con un anticorpo bloccante anti- PD-L1. Lo studio delle sottopopolazioni linfocitarie nelle forme di AD rispetto alla forma MCI e agli HC ha inoltre evidenziato che nei pazienti AD non solo vi è un’alterazione nei meccanismi di tolleranza immunologica ma anche uno shift nel differenziamento del linfociti T verso un fenotipo infiammatorio di tipo Th-17 e Th-9. I risultati hanno, infatti, mostrato un aumento della produzione delle citochine infiammatorie (IL-21, IL-23, IL-6) e dei fattori di trascrizione (RORc/gt) coinvolti nel differenziamento dei Th-17 così come delle citochine effettrici (IL-21 e IL-22) prodotte da tali cellule nei pazienti AD rispetto agli MCI e agli HC. In particolare, IL-9, la citochina effettrice prodotta dalle Th-9, è significativamente aumentata nei pazienti AD, indicando che oltre ai Th-17 anche i Th-9 specifici per la βA sono upregolati negli AD e Th-9 (IL-21 e IL-22). In conclusione la compromissione della risposta immunitaria, con una profonda inclinazione a favore di risposte effettrici e infiammatorie, sembra svolgere un ruolo chiave in questa patologia.
CLERICI, MARIO SALVATORE
CLERICI, MARIO SALVATORE
The etiology of Alzheimer’ s disease (AD) is still unresolved, even if it is becoming clearer that inflammation, a process associated to the onset of several neurodegenerative disorders, plays a central role in this disease. Inflammation is a key component of innate immune system. Innate immunity is a very highly conserved system that protects the host from infections in a non-specific manner. Even if this system provides a powerful response to a range of insults it must be tightly regulated: deregulation and chronic activation can have detrimental effects on the host. Chronic inflammation has been involved not only in peripheral diseases but also in neurodegenerative diseases of the central nervous system, like Alzheimer’s disease. Our working hypothesis is that inflammation plays a negative role in this pathology and that the mechanisms regulating the inflammatory responses are functional compromised in AD patients compared to Mild cognitive impairment (MCI) and to healthy controls (HC). One of the main way in which immunologic tolerance is modulated is through T regulatory cells (Treg). Our results indicate that the development of AD is associated with a reduction of circulating T reg naïve cells, the subpopulation of Treg cells endowed with the strongest suppressive ability. These quantitative changes are associated with qualitative changes, summarized as an increase of Aβ-specific proliferation and a reduced ability of Treg to suppress such proliferation. The analysis of the PD-1/PD-L1 pathway, which modulates the balance between inflammation and tolerance by inducing IL-10 production and apoptosis of antigen-specific cells, shows a decrease of PD-1 expressing CD4+ T cells in AD and MCI compared to HC as well as a decrease of PD-L1- expressing and IL-10-producing CD14+ cells. The impairment of the PD-1/PD-L1 pathway in AD patients results in reduced IL-10 production and diminished apoptosis of Aβ-specific CD4+ T lymphocytes. The central role performed by PD-1/PD-L1 pathway in inducing the apoptosis of Abeta-specific T cells is confirmed by the observation that apoptosis is inhibited pre-incubating lymphocytes with a PD-L1-specific blocking antibody. The analysis of lymphocytes subpopulations in AD and MCI compared to controls highlight that in AD patients not only an alteration of immunological tolerance is present but also a shift in the differentiation of T lymphocytes towards an inflammatory phenotype Th-9 and Th-17. Our results showed indeed that cytokines (IL-21, IL-23, IL-6) and transcription factor (RORc/gt) involved in the differentiation of Th-17, as well as cytokines (IL-21, IL-22) produced by these cells are all augmented in AD compared to MCI and HC. Notably, IL-9, the effector cytokine produced by Th-9 cells, was significantly increased as well in AD patients, indicating that, beside Th-17, Aβ- specific Th-9 lymphocytes are upregulated in AD. In conclusion the impairment of the immune response, with a profound skewing favoring inflammatory and effector responses, seem to play a pivotal role in this pathology.
Alzheimer's disease ; inflammation ; adaptive immunity ; T cells
Settore MED/04 - Patologia Generale
IMMUNE MECHANISMS ASSOCIATED TO NEUROINFLAMMATION IN ALZHEIMER¿S DISEASE / F. Piancone ; tutore: M. Clerici ; co-tutore: M. Saresella ; coordinatore: M. Clerici. - : . DIPARTIMENTO DI FISIOPATOLOGIA MEDICO-CHIRURGICA E DEI TRAPIANTI, 2013 Feb 12. ((25. ciclo, Anno Accademico 2012. [10.13130/piancone-federica_phd2013-02-12].
Doctoral Thesis
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
phd_unimi_R08685.pdf

accesso aperto

Tipologia: Tesi di dottorato completa
Dimensione 2.64 MB
Formato Adobe PDF
2.64 MB Adobe PDF Visualizza/Apri
Pubblicazioni consigliate

Caricamento pubblicazioni consigliate

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/2434/217461
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus ND
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? ND
social impact