Mechanism of action of intravenous immunoglobulins in multiple sclerosis : studies of gene expression profiles in peripheral T cells

Abstract

Polyspezifische humane IgG Produkte (Intravenöses Immunglobulin, IVIG) werden erfolgreich bei der Behandlung von zahlreichen Autoimmunerkrankungen, die das zentrale Nervensystem betreffen, eingesetzt. Ein relativ neues Anwendungsgebiet für IVIG in diesem Sektor ist Multiple Sklerose (MS).<br />Obwohl IVIG einen substantiellen Effekt bei Kurzzeit- und Langzeitbehandlungen zeigt, sind die genauen Wirkungsmechanismen noch weitgehend unbekannt.<br />Der positive Effekt der IVIG Behandlung könnte durch eine Veränderung der T-Zell-Antwort im Zuge der Immunantwort verursacht werden. Deshalb war das Ziel meiner Dissertation die Identifizierung und Charakterisierung von Genen, die in den immunmodulatorischen Altivitäten von IVIG bei der Behandlung von Schüben bei Patienten, die an rezidivierend-remittierender MS (RRMS) leiden, involviert sind. Mit Hilfe von Microarrays konnten wir die Expressions-Profile von T-Zell-Fraktionen untersuchen. Die T-Zellen wurden aus PBMC der 10 Patienten, die an unserer klinischen Studie teilgenommen haben, isoliert. Zur Kontrolle wurde eine Gruppe von 5 Patienten mit intravenösem Methylprednisolone (IVMP) behandelt. Unter den 33.000 analysierten Genen,fanden wir 152 verschiedene Gene oder 176 verschiedene Probe-Sets, die zumindest in 40% der Patienten mindestens 2-fach differentiell expremiert waren. Die meisten der Proteine, die durch die Gene codiert werden, spielen eine Rolle in Immunantwort, Entzündungserscheinungen, Proliferation, Apoptose, Zellzyklus, Signaltransduktion oder Regulierung von Transkription. All diese biologischen Aktivitäten könnten mit der Regulation der Krankheits-Aktivität in Patienten, die an RRMS leiden, assoziiert sein.<br />Zur Verifizierung der Microarray-Daten wurde ebenfalls eine statistische Untersuchung des Datensatzes durchgeführt, bei der die Daten mit Hilfe eines parametrischen t-tests analysiert wurden. Dieser Ansatz ergab eine gänzlich unterschiedliche Anzahl an differentiell expremierten Genen.<br />Ein Vergleich der zwei verschiedenen Ansätze ergab nur eine geringe Zahl an Genen, die in beiden Methoden gleich verändert waren. Diese Unterschiede in den Ergebnissen der Genespressions-Studie ist ein bekanntes Problem in der Literatur. Um reproduzierbare und vergleichbare Expressions-Daten einer Microarray-Analyse zu bekommen, ist eine internationale Standardisierungs-Richtlinie nötig.<br />Zusammenfassend glauben wir, durch diese zwei Methoden Gen-Sets gefunden zu haben, die bei der biologischen Aktivität von IVIG bei der Behandlung von Patienten, die an einem akuten MS-Schub leiden, eine zentrale Rolle spielen.<br />

Intravenous immunoglobulins (IVIG) have been used successfully in the treatment of a number of autoimmune diseases of the central nervous system including multiple sclerosis (MS).<br />Although IVIG seems to have a substantial effect on short- and long-term treatment potential, the underlying mechanisms of action are not elucidated.<br />The benefical effects of IVIG treatment might be caused by a modulation of the T cell immune response. Therefore, the aim of my PhD-thesis was the identification and characterization of genes involved in the immunomodulatory activity of IVIG in the treatment of exacerbations in Relapsing-Remitting MS (RRMS).<br />Using microarrays we investigated the expression profiles of T cell fractions of PBMC isolated from 10 RRMS patients treated with IVIG as well as five control patients treated with intravenous methylprednisolone (IVMP). Among the approximately 22.000 genes examined, we found 152 different genes (176 probe-sets) which were differentially regulated by a minimum of a two-fold change in at least 40% of patients. Most of the proteins encoded by these genes are known to be involved in immune response, inflammatory response, proliferation, apoptosis, cell cycle, signal transduction or regulation of transcription. All these biological activities might be associated with the regulation of disease activity in patients with RRMS. Statistical analysis by parametric t-test revealed a different number of significantly differentially regulated genes. When comparing the results obtained with both approaches, only a few genes were in common.<br />Differences in the results obtained from gene expression profiles using different approaches for the evaluation of the data are a known problem in the literature. In conclusion we believe to have identified two set of genes by using two different methods - a non statistical and a statistical approach - that are likely involved in the biological activity of IVIG in patients suffering from acute exacerbations.