University of Oulu

Humoral immune response to carbamyl-epitopes in atherosclerosis

Saved in:
Author: Kummu, Outi
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Diagnostics, Department of Medical Microbiology and Immunology
Medical Research Center Oulu
Nordlab Oulu
Oulu University Hospital
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.9 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526205670
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2014
Publish Date: 2014-11-04
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium F202 of the Department of Pharmacology and Toxicology (Aapistie 5 B), on 14 November 2014, at 12 noon
Tutor: Professor Sohvi Hörkkö
Doctor Chunguang Wang
Reviewer: Docent Agneta Ekstrand
Professor Johan Frostegård
Opponent: Professor Outi Vaarala
Description:

Abstract

Carbamylation of proteins in vivo occurs by cyanate, non-enzymatically when urea is dissociated, and by myeloperoxidase-catalyzed oxidation from thiocyanate. Carbamylation of low-density lipoprotein is suggested to enhance atherogenesis in patients with with chronic kidney disease and uremia. This thesis study assessed the questions of whether healthy humans or uremic patients under enhanced carbamylation have antibodies recognizing carbamyl-epitopes in plasma, and what is their role in vivo. Also, humoral immune response to carbamyl-LDL immunization and its impact on atherogenesis in LDLR-/- mice was investigated.

In this thesis study, plasma antibodies to carbamylated proteins were detected in humans, and IgG antibodies to carbamylated proteins were associated with uremia and smoking, conditions with enhanced carbamylation. The human IgG and IgM antibodies binding to carbamyl-epitopes were associated with oxidation-specific epitopes in plasma. Monoclonal Fab antibodies with characteristics of a natural antibody and ability to bind both carbamyl- and malondialdehyde-derived epitopes were cloned from healthy humans. An investigated Fab antibody was able to bind epitopes found in atherosclerotic lesions and inhibit the uptake of modified LDL by macrophages. Human plasma antibodies and the monoclonal Fab bound to epitopes found on apoptotic cells. Human B-cells secreted antibodies with similar cross-reactive binding properties between carbamyl- and malondialdehyde adducts and apoptotic cells in vitro. Immunization with mouse carbamyl-LDL without adjuvant resulted in specific IgG immune response in LDLR-/- mice, but also a cross-reaction with malondialdehyde-adducts was observed. Carbamyl-LDL immunized mice had enhanced plasma antibody binding to apoptotic cells. Carbamyl-LDL immunization did not affect atherogenesis in mice.

This thesis demonstrates that IgG antibodies to carbamyl-epitope might serve as a novel indicator of carbamylation in vivo in uremic patients or smokers. The cross-reactivity between antibodies binding to carbamylated and oxidation-specific epitopes, and apoptotic cells may have a role in explaining the link between enhanced atherogenesis and kidney disease.


Tiivistelmä

Proteiinien karbamylaatiota tapahtuu syanaatin vaikutuksesta. Sitä muodostuu urean hajotessa tai myeloperoksidaasin katalysoimana tiosyanaatin hapettuessa. Low-density lipoproteiinin eli LDL:n karbamylaation on esitetty edistävän valtimonkovettumataudin eli ateroskleroosin kehittymistä munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla ureemisilla potilailla. Väitöskirjatyössä tutkittiin, onko terveillä ihmisillä ja ureemisilla potilailla karbamyyli-epitooppeja tunnistavia vasta-aineita, ja mikä niiden merkitys on elimistössä. Humoraalista immuunivastetta karbamyyli-LDL-immunisaation jälkeen sekä sen vaikutusta ateroskleroosin kehittymiseen tutkittiin LDL-reseptoripuutteellisilla hiirillä.

Tutkimuksessa osoitettiin, että ihmisillä on plasmassa karbamyloituja proteiineja tunnistavia vasta-aineita. IgG-luokan vasta-aineet ovat yhteydessä uremiaan ja tupakointiin, joissa karbamylaatio on lisääntynyt. Karbamyyli- ja hapettuneita epitooppeja tunnistavien plasman IgG- ja IgM-vasta-aineiden välillä havaittiin olevan yhteys. Työssä kloonattiin terveistä ihmisistä monoklonaalisia Fab-vasta-aineita, joilla on luonnollisten vasta-aineiden kaltaisia ominaisuuksia ja kyky sitoutua sekä karbamyyli- että malonidialdehydi-epitooppeihin. Yksi tutkittu Fab-vasta-aine sitoutui valtimonkovettumataudin ateroomissa oleviin epitooppeihin ja esti muuntuneen LDL:n sisäänoton makrofagi-soluihin. Ihmisen plasman vasta-aineet ja monoklonaalinen Fab-vasta-aine sitoutuivat apoptoottisten solujen pinnalla oleviin rakenteisiin. Soluviljelyolosuhteissa ihmisen B-solut tuottivat vasta-aineita, joilla oli samanlaisia ristireaktio-ominaisuuksia karbamyyli- ja malonidialdehydi-epitooppeja sekä apoptoottisia soluja kohtaan. Karbamyyli-LDL-immunisaatio sai aikaan IgG-immuunivasteen hiirillä karbamyyli-LDL:a kohtaan, mutta myös ristireaktio malonidialdehydi-rakenteita sekä apoptoottisia soluja kohtaan havaittiin. Karbamyyli-LDL-immunisaatio ei vaikuttanut ateroskleroosin kehittymiseen hiirillä.

Tutkimus osoittaa, että IgG-vasta-aineet karbamyyli-epitooppeja kohtaan voivat olla uudenlainen karbamylaation merkkiaine elimistössä ureemisilla potilailla ja tupakoitsijoilla. Karbamyloituneiden ja hapettuneiden epitooppien sekä apoptoottisten solujen välillä havaituilla vasta-aineiden ristireaktioilla voi olla merkitystä valtimonkovettumataudin etenemiseen munuaisten vajaatoiminnassa.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-0567-0
ISBN Print: 978-952-62-0566-3
Issue: 1259
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.