Modulating Regulatory T Cells for Treatment of Glomerulonephritis and Acute Kidney Injury

Abstract

The kidney constitutes a highly complex and vital organ for the organism‘s wellbeing. Unfortunately, however, its function can be put at risk by inflammatory diseases, like Glomerulonephritis (GN), or toxic side effects of drugs such as cisplatin-induced acute kidney injury (AKI). Strong protective effects of regulatory T cells (Tregs) for GN are well established and Tregs have recently also been shown to protect from AKI. Tregs are a diverse population and can be subdivided into a number of specialized subtypes, including the newly described, highly active RORγt+Foxp3+ biTregs. In addition to their immunosuppressive functions, Tregs have recently been shown to be also involved in tissue regeneration through the secretion of amphiregulin (AREG). Since Tregs constitutively express the trimeric, high-affinity IL-2 receptor, they can be preferentially activated and expanded via treatment with low-dose IL-2. The lab of K. Christopher Garcia could recently design the IL-2 mutein “REH”, which selectively expands Tregs and has only minimal effects on T effector cells (Teffs). Therefore, one aim of this dissertation was to evaluate the therapeutic effect of REH treatment in immunization experiments as well as in models of inflammatory kidney diseases. We could demonstrate, that REH treatment led to a massive expansion of Tregs after immunization, as well as in the NTN model of acute crescentic GN and the MRL/lpr model of lupus nephritis. Unfortunately, however, REH treatment did not result in protection from kidney injury. This discrepancy between the massive expansion of Tregs and lack of renoprotection might potentially be explained by early unspecific activational effects on Teffs. Furthermore, we observed generally insufficient suppressive function of REH expanded Tregs with much reduced percentages of biTregs and other effector Treg populations. Secondly, we aimed to investigate the effects of biTregs as well as of Treg-derived AREG on cisplatin-induced AKI. In this respect, we newly established the model of cisplatin-induced AKI in our lab. Unfortunately, we found that Treg-specific deficiency of RORγt did not result in any effects on the outcome of AKI. In contrast, however, we were able to demonstrate a strong protective effect of AREG. Further studies are currently being carried out in our lab to investigate, whether Treg-derived AREG might serve as target for preventive strategies against cisplatin-induced AKI.

Die Niere ist ein hochkomplexes und lebensnotwendiges Organ. Ihre Funktion kann jedoch durch immunologische Erkrankungen wie die Glomerulonephritis (GN) oder toxische Medikamentennebenwirkungen wie das Cisplatin-induzierte akute Nierenversagen (ANV) stark beeinträchtigt werden. Ein ausgeprägter protektiver Einfluss von regulatorischen T Zellen (Tregs) ist für die GN gut belegt. Neuerdings wird zudem vermutet, dass Tregs auch vor dem Gewebeschaden im Rahmen eines ANV schützen. Tregs sind eine diverse Zellpopulation, die in spezialisierte Subtypen, wie die neu beschriebenen, hoch aktiven RORγt+Foxp3+ biTregs, unterteilt werden können. Zusätzlich zu ihren immunsuppressiven Fähigkeiten konnte kürzlich auch ein Einfluss auf die Gewebeheilung durch die Sekretion von Amphiregulin (AREG) nachgewiesen werden. Da Tregs konstitutiv den trimeren, hoch-affinen IL-2 Rezeptor exprimieren, können sie durch niedrig dosiertes IL-2 präferentiell aktiviert und expandiert werden. Die Arbeitsgruppe um K. Christopher Garcia konnte kürzlich die IL-2 Mutante „REH“ synthetisieren, welche Tregs hoch-selektiv expandiert und nur einen minimalen Einfluss auf T Effektor Zellen (Teffs) ausübt. Das Ziel dieser Dissertation war es daher, den therapeutischen Effekt einer Behandlung mit REH in Immunisierungsexperimenten und Modellen inflammatorischer Nierenerkrankungen zu ergründen. Wir konnten zeigen, dass die Behandlung mit REH sowohl nach Immunisierung als auch im NTN Modell der akuten GN und dem MRL/lpr Modell der Lupus Nephritis zu einer massiven Expansion von Tregs führte. Unglücklicherweise ließ sich insgesamt jedoch kein protektiver Effekt auf den Nierenschaden finden. Die Diskrepanz zwischen massiver Treg-Expansion und fehlender Protektion erklärten wir mutmaßlich durch unspezifische aktivierende Eigenschaften von REH auf Teff, sowie fehlende suppressive Fähigkeiten der expandierten Tregs mit einem deutlich reduzierten Anteil an biTregs und weiteren Effektor-Treg Populationen. Im zweiten Teil dieser Dissertation untersuchten wir den Einfluss von biTregs sowie die Sekretion von AREG auf das Cisplatin-induzierte ANV. Hierfür konnten wir das Modell des Cisplatin-induzierten ANV erfolgreich etablieren. Unglücklicherweise stellten wir fest, dass eine Treg spezifische RORγt-Defizienz keinen Einfluss auf das Ausmaß des ANVs ausübte. Weitere Experimente zeigten jedoch einen deutlichen protektiven Effekt von AREG auf den ANV induzierten Gewebeschaden. In aktuellen Folgestudien versuchen wir derzeit zu ergründen, inwiefern sich von Tregs sezerniertes AREG als neues therapeutisches Ziel für die Prävention des Cisplatin-induzierten ANV eignet.