Date of Award

11-2024

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Cellular and Molecular Biology

Department

Biology

First Advisor

Dr. Khalid Muhammad

Second Advisor

Prof. Rabah Iratni

Abstract

Atopic dermatitis (AD) is the most prevalent non-infectious skin allergy affecting approximately 10-30% adults and 40% children worldwide. It is clinically characterized by eczematic lesions and elevated IgE levels and is a multifactorial disease that is heterogenous in nature. AD results in a dominant Th2 polarized immune response. Until date, there is no cure for this disease. B cells are key players of humoral immune responses and contribute significantly to allergic responses through IgE secretion. However, recently a subset of B cells termed regulatory B cells (Bregs) have been reported to provide protective role by the secretion of anti-inflammatory cytokine IL-10. Furthermore, Nuclear Factor of Activated T cells (NFATc1) is a transcription factor that functions through a calcium dependent calcineurin/calmodulin pathway to exert its effects on target genes. NFATc1 has an important role in the development and function of the immune system. Previous studies suggested that NFATc1 can inhibit IL-10 by binding to its gene in association with HDAC1. Hence, the aim of this research was to study the role of NFATc1 deficient B cells during allergic responses using AD as a model for skin allergies. To achieve this, we utilized transgenic mice with B cell-specific NFATc1 deficiency (Nfatc1f/f x mb1cre) to induce an AD model and examine the impact of NFATc1 absence in B cell responses during AD. AD was induced using calcipotriol, a vitamin D3 analogue, applied to the ears of the mice and response was assessed by measuring ear thickness as an indicator of inflammation, followed by histological analysis. IgE levels in the serum were also determined by ELISA. The ear draining Lymph Nodes (dLNs) were then used to study the various immune cell populations through immunophenotyping by flow cytometry. Finally, B cells were isolated from dLNs, and RNA sequencing was performed to study the detailed mechanisms during such immune responses at a transcriptome level. It was seen that Nfatc1f/f x mb1cre AD mice exhibited a diminished AD phenotype compared to wild type (WT) control AD mice displaying weaker ear swelling, lower epidermal thickening and cellular infiltration in histological analysis, and no change in IgE levels at the start and end of calcipotriol mediated AD induction. Further the Nfatc1f/f x mb1cre AD mice showcased a higher percentage of IL-10 producing B220+CD5+CD1d+ Bregs supporting the fact that lack of NFATc1 promoted B cells to differentiate into Bregs, producing more anti-inflammatory cytokine IL-10 and hence alleviated the AD symptoms. At the transcriptome level, compared to WT AD mice, Nfatc1f/f x mb1cre AD mice demonstrated differently expressed genes that promoted B cell development and enhanced its response to stress and stimulus. This research sheds light on the possibility of developing NFATc1 as a potential molecular target to alleviate AD responses without compromising B cell functions and by promoting higher endogenous production of anti-inflammatory IL-10. However, further research is required on models of human cells and strategies to manipulate NFATc1 in-vivo to establish this putative molecular target.

Arabic Abstract


دور الاستجابات المناعية بوساطة الخلايا البائية أثناء مرض التهاب الجلد التأتبي الجلدي

التهاب الجلد التأتبي (AD) هو أكثر أنواع الحساسية الجلدية غير المعدية انتشارا حيث يتأثر ما يقرب من 10-30% من البالغين 40% من الأطفال في جميع أنحاء العالم. يتميز سريريا بآفات الأكزيما اللاإرادية ومستويات IgE المرتفعة وهو مرض متعدد العوامل غير متجانس بطبيعته. ينتج عن مرض الجلد التأتبي استجابة مناعية مستقطبة Th2مهيمنة. حتى الآن، لا يوجد علاج لهذا المرض. تعد الخلايا البائية لاعبين رئيسيين في الاستجابات المناعية الخلطية وتساهم بشكل كبير في استجابات الحساسية من خلال إفراز IgE. ومع ذلك، تم اكتشاف مجموعة فرعية من الخلايا البائية تسمى الخلايا البائية التنظيمية (Bregs) والتي ثبت أن لها دورا وقائيا عن طريق إفراز السيتوكين المضاد للالتهابات IL-10. علاوة على ذلك، فإن NFATc1 هو عامل نسخ يعمل من خلال مسار الكالسينورين / الكالمودولين المعتمد على الكالسيوم لممارسة تأثيراته على الجينات المستهدفة. Nfatc1 له دور مهم في تطوير ووظيفة الجهاز المناعي. اقترحت الدراسات السابقة أن NFATc1 يمكن أن يثبط IL-10 عن طريق الارتباط بجينه بالاشتراك مع HDAC1. ومن هنا كان الهدف من هذا البحث هو دراسة دور الخلايا البائية أثناء الاستجابات التحسسية باستخدام مرض الجلد التأتبي كنموذج لحساسية الجلد. لتحقيق ذلك، استخدمنا الفئران المعدلة وراثيا التي تفتقر إلى NFATc1 في الخلايا البائية (Nfatc1f/f x mb1cre) والفئران من النوع البري (WT) للحث على نموذج AD ودراسة نتائج نقص NFATc1 في استجابات الخلايا البائية أثناء الحساسية. تم تحفيز مرض الجلد التأتبي بواسطة كالسيبوتريول، وهو نظير لفيتامين D3، على آذان الفئران بطريقة تم إنشاؤها مسبقا. تم تقييم استجابة الجلد التأتبي التي يسببها الكالسيبوتريول من خلال الأذن الخارجية لقياس الالتهاب متبوعا بالفحص النسيجي. كما تم تحديد مستويات IgE في المصل بواسطة ELISA. ثم تم استخدام الغدد الليمفاوية التي تستنزف الأذن (dLNs) لدراسة مجموعات الخلايا المناعية المختلفة من خلال التنميط المناعي عن طريق قياس التدفق الخلوي. أخيرا، تم عزل الخلايا البائية من dLNs، وتم إجراء تسلسل الحمض النووي RNA لدراسة الآليات التي شاركت في الخلايا البائية بالتفصيل خلال هذه الاستجابات المناعية على مستوى النسخ. لوحظ أن الفئران Nfatc1f/f x mb1cre AD أظهرت نمطا ظاهريا متناقصا لمرض الجلد التأتبي مقارنة بفئران WT AD التي تظهر تورما أضعف في الأذن وسماكة أقل للبشرة وتسلل خلوي في التحليل النسيجي ولا يوجد تغيير في مستويات IgE في بداية ونهاية تحريض AD بوساطة الكالسيبوتريول. علاوة على ذلك، عرضت الفئران Nfatc1f/f x mb1cre AD نسبة أعلى من خلايا IL-10 المنتجة لـ B220+CD5+CD1d+ التي تدعم حقيقة أن نقص Nfatc1 عزز الخلايا البائية للتمايز إلى Bregs لإنتاج المزيد من السيتوكين المضاد للالتهابات IL-10 وبالتالي خفف من أعراض AD. على مستوى النسخ، مقارنة بفئران AD WT، أظهرت الفئران Nfatc1f/f x mb1cre AD جينات تم التعبير عنها بشكل مختلف مما عزز نمو الخلايا البائية وعزز استجابتها للإجهاد والتحفيز. يلقي هذا البحث الضوء على إمكانية تطوير NFATc1 كهدف جزيئي محتمل للتخفيف من استجابات مرض الجلد التأتبي دون المساس بوظائف الخلايا البائية ومن خلال تعزيز الإنتاج الداخلي العالي لـ IL-10المضاد للالتهابات. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحث حول نماذج الخلايا البشرية واستراتيجيات التلاعب بـ NFATc1في الجسم الحي لتحديد هذا الهدف الجزيئي المفترض.

Download

Included in

Biology Commons

Share

COinS