Alterations in the Composition of Lymph Node Stromal Cells Under Nutritional Challenge

Abstract

Lymph nodes belong to the main actors in adaptive immunity, as they accommodate the cells of our acquired immunology, namely dendritic cells, T-cells and B-cells. Moreover they are its infrastructural and functional junction as immune cells, antigen and cytokines permanently flow through these secondary lymphatic organs. Therefore they are in need of cells which support as well as maintain the lymph node's structure and possess the ability to provide a proper immune response. This task is mainly fulfilled by so called fibroblastic reticular cells, which belong, next to lymphatic endothelial cells and blood endothelial cells, to mesenchymal stromal cells and are the main focus of research. This work focuses on how stromal cells in lymph nodes are influenced by diet. Since famine is not just an important issue in third world countries, but also in western countries, special diets and malnutrition caused by cancer are an every day epiphany. Hence it is an interesting question how diets impact the lymph node's cellular structure. We have established an experimental system to study the effect of acute starvation in secondary lymphoid organs and to follow the alterations associated with the regression phase when food is again accessible. During short-term starvation and regression phase stromal cell populations decreased in lymph nodes. This change reflected the decrease of cell populations in absolute numbers, while the proportions in the frequency of stromal subpopulations remained the same. Additionally, the regression phase was associated with decreased podoplanin expression in stromal cells, in particular in FRCs. To identify possible mechanism for the decrease in stromal cell populations, we addressed leptin-leptin receptor pathway in SLOs. Indeed, we have identified leptin receptor variants in fibroblastic reticular cells (FRCs) where Western blot analysis revealed that next to an unfunctional knock-out receptor there is also the long functional LepRb isoform expressed. Addition of leptin during starvation is suspected to partially protect cell loss in lymph nodes. Yet more details about fibroblastic reticular cells' physiology have to be revealed in future studies regarding leptin signaling in lymph nodes as well as the return to status quo after the beginning of the regression phase.

Da Lymphknoten die angepasstesten Zellen des erworbenen Immunsystems beherbergen, nämlich dendritische Zellen, T-Zellen und B-Zellen, gehören sie zu den wichtigsten Schauplätzen der erworbenen Immunität. Sie sind als infrastrukturelle und funktionelle Knotenpunkte im immunologischen Geschehen zu bewerten: Antigene und Cytokine kommen ständig in Kontakt mit diesen sekundären lymphatischen Organen, daher werden spezialisierte Zellen benötigt, welche die Struktur des Lymphknotens erhalten, sowie die Befähigung besitzen, eine adäquate Immunantwort zu unterstützen. Diese Aufgabe wird vor Allem durch sogenannte fibroblastische retikuläre Zellen übernommen. Diese Zellen gehören neben lymphatischen Endothelzellen und Blutendothelzellen zu den sogenannten mesenchymalen Stromazellen. Auf sie wird in dieser Arbeit das Hauptaugenmerk gelegt, wobei der Fokus auf dem Einfluss bestimmter Ernährungszustände auf die im Lymphknoten ansässigen Stromazellen liegt. Entgegen der populären Meinung, Mangel- und Unterernährung sei nur eine Problematik die Drittweltländer betrifft, lässt sich kundtun, dass beide Formen durch spezielle Diäten oder malignomassoziierte Malnutrition auch als ein Phänomen westlicher Kulturkreise häufig angetroffen werden können. Daher ist die Klärung der Frage, inwiefern diese Ernährungsformen die Struktur von Lymphknoten auf zellulärer Ebene verändern von höchster Wichtigkeit. Wir haben einen experimentellen Aufbau entwickelt mit dem wir die Auswirkungen, die eine akute Hungerphase sowie die darauffolgende Erholungsphase bei Renutrition auf den Lymphknoten hat, erforschen konnten. Während einer kurzfristigen Hungerphase und der darauffolgenden Erholung konnte beobachtet werden, dass die Populationen der verschiedenen Stromazellen untergehen. Dies zeigte sich in dem Abfall der absoluten Zellzahlen im Lymphknoten, wohingegen die Zusammensetzung der gesamten Stromazellpopulation unaffektiert blieb. Außerdem kam es in der Erholungsphase zu einer verminderten Podoplaninexpression der Stromazellen, insbesondere in FRC. Um einen möglichen Mechanismus für den Untergang von Stromazellpopulationen aufzudecken, untersuchten wir die Leptin- Leptinrezeptor Signalkaskade in SLO. Tatsächlich konnten wir veschiedene Varianten des Leptinrezeptors auf FRC feststellen: Western Blot Analysen ergaben, dass neben einem knock-out-Rezeptor auch die lange, funktionstüchtige Isoform LepRb exprimiert wird. Die Zugabe von Leptin während der Hungerphase wird verdächtigt die Zellen im Lymphknoten teilweise vor zellulärem Untergang zu schützen. Es müssen jedoch noch weitere unklare Sachstände zu der Physiologie von FRC erörtert werden. Dazu gehört insbesondere die Signalkaskade des Leptinrezeptors und wann die Struktur des Lymphknotenstromas nach Beginn der Erholungsphase zum Status quo zurückkehrt.