Publikation: The influence of chronic stress on T cell immunity
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Zusammenfassung
Chronic environmental and psychological stress has long been suspected to increase the susceptibility and outcome of numerous infectious and inflammatory diseases. The release of neurotransmitters (catecholamines) and adrenal hormones (glucocorticoids) has been well documented as the basis for a connection between the central nervous system and peripheral components of the immune system. Glucocorticoids, the end products of stress-induced neuroendocrine pathways and the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, belong to the most potent anti-inflammatory hormones in the body and serve to control immune responses for example during an infection. However, prolonged or excessive elevation of glucocorticoids as occurring during recurrent or chronic stress can negatively impact various aspects of immune cell functions and may therefore contribute to disease development and progression. The precise mechanisms and course of events leading to the suppression of immune functions during chronic stress and how these effects result in certain diseases remains poorly understood.
The aim of the present thesis was to further analyze underlying mechanisms of chronic stress-related immunosuppression focusing on T cell-mediated immunity. In order to mimic recurrent stress experiences, a well-established mouse model of chronic social stress termed social disruption stress (SDR) was chosen for the experiments conducted in chapters 2 and 3. Pharmacological intervention (i.e. the blockage of the respective receptors) in these experiments allowed us to differentiate between the impact of glucocorticoids and catecholamines, the main mediators of stress responses during chronic exposure.
Chapter 2 focuses on the impact of chronic social stress on the outcome of virus-specific cytotoxic TCD8+ cell (CTL) responses in mice after infection with lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). Taking into account that the duration of stress exposure and also the timing of stress relative to an immune challenge can greatly impact the outcome of immune alterations, we directly compare different stress procedures. We show that social stress impacts the generation of IFN-g-producing, virus-specific TCD8+ splenocytes only when applied prior to virus infection. We further demonstrate that during a prolonged stress exposure glucocorticoid hormones strongly impact the proliferation capacity of TCD8+ cells in the spleen of infected mice. This impairment results most probably from reduced TCD8+ activation as well as an impaired cytokine secretion profile. The reduced expansion of TCD8+ cells appears to be organ specific, as we found no such alterations in the inguinal lymph node or in the blood or peripheral tissues such as the liver and lung. A possible explanation for the organ-specific decline in TCD8+ cell expansion could be an altered migration capacity of splenic TCD8+ cells as demonstrated by adoptive T cell transfer experiments.
Chapter 3 describes the impact of chronic social stress on the migratory capability of skin dendritic cells (DCs). Skin DC and in particular Langerhans cells are known as critical inducers of cutaneous immune responses. Glucocorticoid-mediated impairment of DC function has been in the focus of recent investigations. To directly investigate the consequences of chronic stress on skin DC function, we performed contact allergen-induced skin sensitization assays using the fluorescent dye fluorescein isothiocyanate (FITC), which allowed us to trace the migration of skin CD11c+ DCs in vivo. Our data reveal that chronic social stress applied prior to skin sensitization suppresses the migratory capability of epidermal CD11c+ DCs to regional lymph nodes. Using an ex vivo ear skin explant model of skin DC migration we further show that the altered migration is presumably a result of an impaired mobilisation of CD11c+ DCs from the skin.
In chapter 4 we characterize phenotypic changes in T lymphocyte subsets in the peripheral blood of severely traumatized human patients. Posttraumatic stress disorder (PTSD) is associated with an enhanced susceptibility to various somatic diseases although the exact mechanisms linking traumatic stress to subsequent physical health problems have remained elusive. Our results demonstrate that PTSD patients exhibit a profoundly altered composition of the peripheral T cell compartment characterized by a reduction in naive T lymphocytes, and increased proportion of central (TCM) and effector memory (TEM) cells. Furthermore, we show that subjects with PTSD display a substantial reduction of peripheral regulatory T cells (Treg). To a smaller extent, these findings are also observed in trauma-exposed non-PTSD individuals, indicating a cumulative effect of traumatic stress on T cell distribution.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
Chronischer Stress kann durch Umwelteinflüsse oder psychologische Faktoren hervorgerufen werden und steht seit langem im Verdacht, die Anfälligkeit und den Verlauf von infektiösen und entzündlichen Erkrankungen zu verstärken. Die Vermittlung des Stress-Reizes zwischen dem zentralen Nervensystem (ZNS) und den periphären Komponenten des Immunsystems wird durch die Freisetzung von Neurotransmittern wie beispielsweise den Catecholaminen und adrenergen Hormonen wie den Glucocorticoiden erreicht. Glucocorticoide als Endprodukte der stress-induzierten neuroendocrinen Antwort und der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA) gehören zu den potentesten anti-inflammatorischen Hormonen des Körpers und dienen zur Kontrolle von Immunantworten beispielsweise während einer Infektion. Durch chronischen oder wiederholten Stress kann eine systemische Erhöhung der Glucocorticoid-Konzentrationen eintreten und zu einer Unterdrückung verschiedener Immunfunktionen führen und damit die Entwicklung und den Verlauf von Krankheiten negativ beeinflussen. Allerdings sind die genauen Mechanismen, die zu einer Unterdrückung der Immunfunktionen führen bisher nur wenig verstanden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Untersuchung der Mechanismen, die zu einer Unterdrückung des Immunsystems und insbesondere der T-Zell-vermittelten Immunantworten durch chronischen Stress führen. In Kapitel 2 und 3 wurde der Einfluss von wiederholtem, chronischen Stress in einem etablierten Mausmodell (dem so genannten social disruption stress Modell, SDR) untersucht. Die spezifische Hemmung der jeweiligen Rezeptoren erlaubte es, den Einfluß von Glucocorticoiden und Catecholaminen, den bedeutensten Vermittlern der Stressantwort, zu unterscheiden.
Kapitel 2 beschreibt den Einfluss von chronischem, sozialen Stress auf die Virus-spezifische, TCD8+-Zell-vermittelte Antwort nach Infektion mit dem lymphozytären Choriomeningitis-Virus (LCMV). Da bereits bekannt ist, dass sowohl die Dauer wie auch der Zeitpunkt der Stress-Prozedur eine erhebliche Rolle bei der Auswirkung auf die Immunfunktionen spielt, wurde in unserem Modell der Einfluss verschiedener Stress-Protokolle direkt miteinander verglichen. Wir konnten zeigen, dass andauernder sozialer Stress die Bildung von Virus-spezifischen, IFN-g-sekretierendenen TCD8+-Zellen beeinträchtigt, allerding nur wenn die Stress-Applikation vor der Virusinfektion erfolgt. Ausserdem konnte gezeigt werden, dass im Falle einer verlängerten Stress-Prozedur Glucocorticoide die Virus-induzierte Proliferation von TCD8+ Zellen in der Milz hemmen. Dabei ist die verringerte Proliferation wahrscheinlich auf eine reduzierte Aktivierung der TCD8+-Zellen sowie eine Hemmung ihrer Zytokin-Sekretion zurückzuführen. Die gehemmte Proliferation der TCD8+-Zellen scheint dabei Organ-spezifisch zu sein, da keine Veränderungen in den inguinalen Lymphknoten, im Blut oder periphären Geweben wie der Leber oder Lunge beobachten werden konnte. Ein möglicher Grund hierfür kann in einer veränderten Fähigkeit zur Migration der TCD8+ Zellen liegen, wie in adaptiven TCD8+-Zell-Transfer-Experimenten demonstriert werden konnte.
Kapitel 3 beschreibt den Einfluss von chronischem, sozialem Stress auf das Migrationsverhalten von dendritischen Zellen in der Haut. Epidermale und Dermale dendritische Zellen, insbesondere epidermale Langerhans-Zellen, sind bekannt für ihre Beteiligung an der Initiierung von T-Zell-vermittelten Immunantworten in der Haut. In neueren Studien wurde vermehrt eine Glucocorticoid-vermittelte Beeinflussung der Funktion von dentritischen Zellen untersucht. Um den direkten Einfluss von chronischem Stress auf die Funktionen der dendritischen Zellen der Haut zu untersuchen, haben wir eine durch ein Kontakt-Allergen (den Fluoreszenz-Farbstoff FITC) induzierte Haut-Sensibilisierung durchgeführt, was eine Untersuchung der Migration von dendritischen CD11c+-Zellen in vivo erlaubte. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sozialer Stress, wenn vor der Haut-Sensibilisierung appliziert, die Migrationsfähigkeit von epidermalen, dendritischen CD11c+-Zellen zu den regionalen Lymphknoten hemmt. Durch die Verwendung eines ex vivo-Ohrhaut Explantations-Modells zur Untersuchung der Migration dendritischer Zellen der Haut konnten wir weiterhin zeigen, dass die veränderte Migration vorwiegend das Ergebniss einer geminderten Mobilisierung von dendritischen CD11c+-Zellen in der Haut ist.
In Kapitel 4 beschreiben wir Veränderungen in T-Lymphozyten-Populationen im Blut von schwer traumatisierten, humanen Patienten. Die posttraumatische Belastungsstörung (PTBS bzw. PTSD, aus engl. posttraumatic stress disorder ) ist mit einer erhöhten Anfälligkeit für diverse somatische Erkrankungen assoziert. Allerdings sind Mechanismen, welche die traumatischen Stressbelastungen mit den physischen Gesundheitsproblemen verbinden bisher nur schwer fassbar. Unsere Ergebnisse zeigen, dass PTSD-Patienten eine erhebliche Veränderung der Zusammensetzung der peripheren T-Zell-Population aufweisen, charakterisiert durch eine Reduzierung von naiven T-Lymphozyten und einen erhöhten Anteil von zentralen und Effektor-Gedächtniszellen (TCM und TEM). Desweiteren konnten wir zeigen, dass PTSD-Patienten eine erhebliche Reduzierung von regulatorischen T-Zellen (Treg) aufweisen. Etwas weniger ausgeprägt konnten diese Befunde auch in traumatisierten, nicht-PTSD-Patienten nachgewiesen werden, was auf einen kumulativen Effekt von traumatischen Erlebnissen auf die Veränderungen der T-Zell-Populationen schließen lässt.
Fachgebiet (DDC)
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ISO 690
SOMMERSHOF, Annette, 2010. The influence of chronic stress on T cell immunity [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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The release of neurotransmitters (catecholamines) and adrenal hormones (glucocorticoids) has been well documented as the basis for a connection between the central nervous system and peripheral components of the immune system. Glucocorticoids, the end products of stress-induced neuroendocrine pathways and the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, belong to the most potent anti-inflammatory hormones in the body and serve to control immune responses for example during an infection. However, prolonged or excessive elevation of glucocorticoids as occurring during recurrent or chronic stress can negatively impact various aspects of immune cell functions and may therefore contribute to disease development and progression. The precise mechanisms and course of events leading to the suppression of immune functions during chronic stress and how these effects result in certain diseases remains poorly understood.<br /><br />The aim of the present thesis was to further analyze underlying mechanisms of chronic stress-related immunosuppression focusing on T cell-mediated immunity. In order to mimic recurrent stress experiences, a well-established mouse model of chronic social stress termed social disruption stress (SDR) was chosen for the experiments conducted in chapters 2 and 3. Pharmacological intervention (i.e. the blockage of the respective receptors) in these experiments allowed us to differentiate between the impact of glucocorticoids and catecholamines, the main mediators of stress responses during chronic exposure.<br />Chapter 2 focuses on the impact of chronic social stress on the outcome of virus-specific cytotoxic TCD8+ cell (CTL) responses in mice after infection with lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). Taking into account that the duration of stress exposure and also the timing of stress relative to an immune challenge can greatly impact the outcome of immune alterations, we directly compare different stress procedures. We show that social stress impacts the generation of IFN-g-producing, virus-specific TCD8+ splenocytes only when applied prior to virus infection. We further demonstrate that during a prolonged stress exposure glucocorticoid hormones strongly impact the proliferation capacity of TCD8+ cells in the spleen of infected mice. This impairment results most probably from reduced TCD8+ activation as well as an impaired cytokine secretion profile. The reduced expansion of TCD8+ cells appears to be organ specific, as we found no such alterations in the inguinal lymph node or in the blood or peripheral tissues such as the liver and lung. A possible explanation for the organ-specific decline in TCD8+ cell expansion could be an altered migration capacity of splenic TCD8+ cells as demonstrated by adoptive T cell transfer experiments.<br /><br />Chapter 3 describes the impact of chronic social stress on the migratory capability of skin dendritic cells (DCs). Skin DC and in particular Langerhans cells are known as critical inducers of cutaneous immune responses. Glucocorticoid-mediated impairment of DC function has been in the focus of recent investigations. To directly investigate the consequences of chronic stress on skin DC function, we performed contact allergen-induced skin sensitization assays using the fluorescent dye fluorescein isothiocyanate (FITC), which allowed us to trace the migration of skin CD11c+ DCs in vivo. Our data reveal that chronic social stress applied prior to skin sensitization suppresses the migratory capability of epidermal CD11c+ DCs to regional lymph nodes. Using an ex vivo ear skin explant model of skin DC migration we further show that the altered migration is presumably a result of an impaired mobilisation of CD11c+ DCs from the skin.<br /><br />In chapter 4 we characterize phenotypic changes in T lymphocyte subsets in the peripheral blood of severely traumatized human patients. Posttraumatic stress disorder (PTSD) is associated with an enhanced susceptibility to various somatic diseases although the exact mechanisms linking traumatic stress to subsequent physical health problems have remained elusive. Our results demonstrate that PTSD patients exhibit a profoundly altered composition of the peripheral T cell compartment characterized by a reduction in naive T lymphocytes, and increased proportion of central (TCM) and effector memory (TEM) cells. Furthermore, we show that subjects with PTSD display a substantial reduction of peripheral regulatory T cells (Treg). To a smaller extent, these findings are also observed in trauma-exposed non-PTSD individuals, indicating a cumulative effect of traumatic stress on T cell distribution.</dcterms:abstract> </rdf:Description> </rdf:RDF>