Mimikry und Antikörper- vermittelte Zelltransduktion in Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Mimikry und Antikörper- vermittelte Zelltransduktion in Sydenham chorea Es geht im Prinzip um einen Mechanismus, der in der Sydenham chorea die Symptome auslöst. 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Thomas Sydenham, englischer Arzt im 17. Jahrhundert Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea *10.09.1624 †29.12.1689 Thomas Sydenham, englischer Arzt im 17. Jahrhundert alias: 'lover of opium' 'Among the remedies which it has pleased the Almighty God to give to man to relieve his sufferings, none is so universal and efficacious as opium.' T. Sydenham war nicht umsonst der „lover of opium“, weil er fast jedes Leiden mit Opium kurriert hat. Ein Zitat: Unter den Heilmitteln, die uns der Allmächtige Gott gab um die Leiden zu mildern, ist Opium das effektivste und allumfassendste. 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Entstehung: Streptokokkus pyogenes – Infektion verursacht „Akutes rheumatisches Fieber“ = ARF (in 0,1-3% der Infektionen) ARF als Folgekrankheit einer Infektion  Autoimmunreaktion gegen Pathogen und anschließende Kreuzreaktion mit körpereigenen Geweben Basierend auf molekularer Mimikry zwischen Wirt und Pathogen Statt SC ist auch immer wieder von der „kleinen“ Chorea = Chorea minor die Rede. Da bei SC auch abgeschwächte Symptome wie bei einer Chorea mayer = Veitstanz, Chorea Huntington auftreten können Eine S. p- Infektion führt meistens zu einer Pharyngitis, die aber nach kurzer Zeit wieder abheilt. In 0,1-3% der Betroffenen wird daraus jedoch ein ARF. ARF als Folgekrankheit  Aus der urspr. Immunreaktion gegen das Bakterium wird eine Autoimmunreaktion gegen körpereigene Gewebe. D.h. das Pathogen muss ein Anitgen besitzen, das irgendwie einem wirtsähnlichem Gewebe ähnelt. Es tarnt sich = Molekulare Mimikry 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Streptokokkus pyogenes Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Streptokokkus pyogenes So sieht S. p. aus. 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Krankheitsbild: Sydenham chorea ist die häufigste neurologische Manifestation des ARF (10-30% der ARF-Fälle) Erste Symptome oft erst 6 Monate nach Strep-Infektion) Haupterkrankungsalter: 5-15 Jahre Symptome: ungewollte Bewegungen und neuropsychia- trische Störungen: z. B. Hyperaktivität, emotionale Labilität Von den Patienten, die durch eine Strep-Infektion ARF bekommen haben, entwickeln 10-30% der Fälle eine SC. Womit SC auch die häufigste neurologische Manifestation des ARF ist. Das tückische: erste Symptome oft erst 6 Monate nach der Strep-Infektion und typischerweise trifft es meistens Kinder und Jugendliche Symptome: Neurologische Dysfunktionen, sowohl den Bewegungsapparat betreffend, als auch kognitive Eigenschaften 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Problem: Die Krankheitsentstehung/-entwicklung ist schwer erfassbar, da bekannt war. kein Autoantigen und kein Mechanismus der Pathogenese Was will diese Studie in Angriff nehmen? Bzw. was erklärt dieses Paper? Das Problem war, dass die Krankheitsentstehung/ und –entwicklung schwer fassbar war, da es weder ein identifiziertes Autoantigen, noch einen Mechanismus der Pathogenese gab. 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Sydenham chorea (SC) = Chorea minor Bekanntes: Kreuzreaktivität zwischen GAS (Gruppe A Streptokokken) und Wirtgeweben ist durch molekulare Mimikry möglich Plasmaaustausch betroffener Patienten zeigte gewisse Erfolge  Vermutung: Sydenham chorea beruht auf einer pathogenen Antikörperreaktion  Annahme: GAS-Infektion führt zu einer Kreuzreaktion des Immunsystems mit neuronalem Gewebe im Gehirn Zum bekannten Teil: Man wusste, dass eine Kreuzreaktivität zwischen Gruppe A Streptokokken und Wirtgeweben durch molekulare Mimikry möglich sein musste, da ein Plasmaaustausch (in dem sich die Antikörper einer Person befinden) gewisse Erfolge zeigten. D. h. nimmt man die eigenen Antikörper weg, so werden die Symptome des betroffenen Patienten besser.  Dadurch wurde gefolgert, dass SC auf einer pathogenen Antikörperreaktion beruhen muss. Dies führte zur Annahme: Die Infektion mit Gruppe A Streptokokken (zu denen S. p. gehört) führt zu einer Kreuzreaktion des IS mit neuronalem Gewebe im Gehirn. Kreuzreaktion = Antikörperreaktion sowohl gegen ein eindringendes Antigen, als auch gegen ein körpereigenes Gewebe 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Durchgeführte Versuche von Kirvan et al. Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Durchgeführte Versuche von Kirvan et al. Vorbereitungen: Es wurden 3 verschiedene monoklonale Antikörper aus dem aktiven Serum eines Sydenham chorea Patienten benutzt Alle Antikörper reagierten mit GlcNAc (N-Acetyl- glucosamin), dem häufigsten Epitop der GAS-spezifischen Kohlenhydrate ( = Antigen) GlcNAc ist ein strukturelles Isomer zu Glycosphingolipiden und Gangliosiden (hoch angereichert im ZNS) Die Versuche von Kirvan et al. (von denen das Paper ist) Sie stellten 3 versch. Sie haben GlcNAc genommen, weil es ein strukturelles Isomer zu Glykosyhingolipiden und Gangliosiden, die hoch angereichert im ZNS vorkommen. Wie sie jedoch drauf gekommen sind, GlcNAc die molekulare Mimikry zu unterstellen, wird im dem Paper nicht erklärt. Das ist deswegen interessant, weil eine molekulare Mimikry zwischen GlcNAc und Gangliosid-Antigenen nicht sehr offensichtlich ist. Da Ganglioside, wie z. B. das Monosialogangliosid GM1 und das Gruppe A Kohlenhydrat nur wenig strukturelle Gemeinsamkeiten besitzen. Aber: Ganglioside nehmen an vielen Funktionen, die an der Zelloberfläche stattfinden, teil, auch an der Signaltransduktion. Der Kohlenhydrat-Rest der Ganglioside wird an der Zelloberfläche präsentiert.  Möglichkeit für AK-Attacken (wenn dieser KH-Rest z. B dem des GlcNAc entspricht) 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Sydenham Chorea Antigen Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Sydenham Chorea 3 monoklonale Antikörper aus akutem Patientenserum GlcNAc (Kohlenhydrat der Streptokokken-zellwand) Antigen Ganglioside (Neuronales Oberflächen-lipid des Menschen) Antigen ? ?Bindung? Nochmal ein kurzer Überblick 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

V1: Abschätzen der Bindungsspezifität der Chorea-AK Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea V1: Abschätzen der Bindungsspezifität der Chorea-AK Drei monoklonale Antikörper aus Chorea-Patientenserum Strepto-kokken Antigen Überprüfen der Bindungsspezifität der entwickelten monoklonalen SC-Antikörper.  Alle 3 binden spezifisch an das Streptokokken-Antigen GlcNAc 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea V1: Abschätzen der Bindungsspezifität der Chorea-AK (GlcNAc-bindende monoklonale AK gegen 13 Antigene) Anschließend wurden jeder der 3 Antikörper mit Hilfe eines Inhibierungs-Elisa gegen 12 menschliche Antigene und gegen BSA getestet. Bei 2 Gangliosiden des Menschen, nämlich Lysogangliosid GM1 und Monosialogangliosid GM1 war eine signifikante Inhibierung sichtbar. Indem nur geringe Konzentrationen des Antigens zugegeben wurden war eine 50% Inhibierung sichtbar Was bedeutet das jetzt? 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Inhibierungs-Elisa: 100% Farbreaktion durch Antikörper Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Inhibierungs-Elisa: 100% Farbreaktion durch Antikörper Strep-Antigen Monoklonaler Antikörper Der Inhibierungs-Elisa. Bei einer 100% Farbreaktion binden alle Antikörper an das Streptokokken-Antigen GlcNAc, das an die Wand gebunden ist. 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea Inhibierungs-Elisa: Bindung an menschliches Antigen, Farbreaktion ≤ 50% Strep-Antigen Lysogangliosid (Antigen) Monoklonaler Antikörper Wird nun ein in Flüssigkeit gelöstes anderes Antigen zugegeben und es ist auch spezifisch für den Antikörper, so lässt die Farbreaktion langsam nach. Es wurde dann die Menge gemessen, wie viel eines anderen Antigens zugegeben werden musste, um die Farbreaktion auf 50% zu reduzieren. (Dies wurde je Antikörper mit allen 12 menschl. Antigenen und dem BSA durchgeführt.)  Nochmal zurück 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

alle 3 monoklonalen Antikörper aus Chorea-Patientenserum V2: Bestätigung: Chorea-AK erkennen Lysogangliosid GM1 (als körpereigenes Antigen?) alle 3 monoklonalen Antikörper aus Chorea-Patientenserum reagieren stark mit Lysogangliosid GM1 Direkte ELISA 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea V3: Bestimmen der klinischen Relevanz der GM1-Bindung (Reaktivität des Lysogangliosid GM1: Seren von Patienten mit aktuer Sydenham chorea und von genesenen Patienten) Höhere Lysogangliosid GM1-Antikörperkonzentration wurden in akutem SC-Serum gefunden (nicht in Seren von genesenen Patienten oder Patienten nur mit ARF)  Dieser Trend auch im Liquor ablesbar In diesem Versuch wurde überprüft, ob die Antikörperreaktion gegen das Lysogangliosid GM1 nur in SC-Patienten auftritt, oder ob auch genesene Patienten oder ARF-Patienten noch betroffen sind.... ...und siehe da: Die Antikörper binden spezifisch nur in akuten Stadien der SC und auch nicht in akuten ARF-Fällen, nur in SC-Patienten 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

V3: Bestimmen der klinischen Relevanz der GM1-Bindung Klinische Relevanz bestätigt: Hohe Level an spezifischen Lysogangliosid GM1- Antikörpern korrelieren mit der aktiven Chorea 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

V4: Spezifität der SC-Antikörperreaktion Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea V4: Spezifität der SC-Antikörperreaktion Durchführung: neuronale Zelllinie und Gewebeschnitte von humanem Gehirn wurden mit SC-Antikörpern gefärbt verschiedene Ganglioside wurden als Inhibitoren für die monoklonale SC-Antikörperbindung an die neuronale Zelloberfläche getestet (u. a. Lysogangliosid GM1, Monosialogangliosid GM1) Mit diesem Versuch wurde auf die Anwendbarkeit im Gewebe hin überprüft. Vorher wurde nur an Antigenen aus Serum die Immunreaktion beobachtet, jetzt soll festgestellt werden, ob in neuronalem Gewebe das selbe zu beobachten ist. 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

V4: Spezifität der SC-Antikörperreaktion Ergebnis: SC-Antikörper binden an die Zelloberfläche einer neuronalen Zelllinie und zeigen eine Färbung auf humanen Hirnschnitten im Bereich der Basalganglien Lysogangliosid GM1 war der effektivste Inhibitor für SC-Antikörperbindung ( Lysogangliosid als mögliches Antigen!!!) 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

V5: Analysierung Antikörpervermittelter CaM-Kinase II Aktivierung Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea V5: Analysierung Antikörpervermittelter CaM-Kinase II Aktivierung (Verdacht: Chorea-AK lösen Zellsignaling aus) CaM-Kinase II: Ein Enzym, das in Überfluss im Gehirn vorhanden ist und Funktionen beim Lernen, Verhalten, Gedächtnis u. a. einnimmt Vermutung: Antikörper-vermittelte CaM-Kinase II Aktivierung verursacht Signaltransduktion, was ein möglicher Mechanismus der Sydenham chorea sein kann. Der Hauptversuch: Es soll überprüft werden, ob SC-Ak Zellsignaling auslösen und somit vielleicht für die neurologischen Symptome verantwortlich sind. Dazu wurde die Cam-Kinase II Aktivierung benutzt, da Cam-Kinase... 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

V5: Analysierung Antikörpervermittelter CaM-Kinase II Aktivierung Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea V5: Analysierung Antikörpervermittelter CaM-Kinase II Aktivierung (Verdacht: Chorea-AK lösen Zellsignaling aus) Einer der 3 Antikörper, nämlich der monoklonale Antikörper 24.3.1 aktivierte die CAM-Kinase II am stärksten. Außerdem wurde die CAM-Kinase auch durch akutes SC-Serum stark aktiviert. Ergebnisse: Nur der monoklonale Antikörper 24.3.1 aktivierte die CaM- Kinase II signifikant Nur akutes SC-Serum u. -Liquor erhöhten die CaM- Aktivität signifikant, nicht jedoch Seren von ARF- Patienten, Gesunden, oder genesenen Patienten 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

V5: Analysierung Antikörpervermittelter CaM-Kinase II Aktivierung Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea V5: Analysierung Antikörpervermittelter CaM-Kinase II Aktivierung (Verdacht: Chorea-AK lösen Zellsignaling aus) Ergebnisse: Nur der monoklonale Antikörper 24.3.1 aktivierte die CaM- Kinase II signifikant Nur akutes SC-Serum u. -Liquor erhöhten die CaM- Aktivität signifikant, nicht jedoch Seren von ARF- Patienten, Gesunden, oder genesenen Patienten 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

Zusammenfassung: Hinweise auf molekularen Mimikry zwischen GAS (GlcNAc) und dem menschlichen Gehirn (Ganglioside) Antikörper gegen Lysogangliosid GM1 korrelieren mit Krankheitsaktivität bei Chorea-Patienten Antikörper gegen Lysogangliosid GM1 erkennen Antigen in humanen Basalganglien Monoklonaler AK 24.3.1 und akutes SC-Serum u. Liquor aktivieren CaM-Kinase 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea

El Final 24/25.06.2006 Mimikry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in Sydenham chorea