Elucidating the immunomodulatory landscape : from natural product screening to the mechanistic insights of a glucocorticoid on human T Cells

Abstract

This thesis investigates the immunomodulatory effects of a library of diverse natural products and glucocorticoids on human T-cell function. A screening of 1,369 natural products identified seven compounds with significant immunomodulatory activity: four immunostimulatory compounds (coumarin-3-carboxylic acid, embelin, cinchonidine, and gypenoside XVII) and three immunosuppressive compounds (dianemycin, scabertopin, and diflorasone). These compounds modulated T-cell proliferation and cytokine production through various mechanisms, including IL-2 signaling, Th differentiation, and mitochondrial function. Specifically, coumarin-3-carboxylic acid enhanced IL-2 signaling and promoted a Th1 response, while embelin increased IFN-α production and enhanced mitochondrial function. Cinchonidine promoted a Th1/Th17 profile, and gypenoside XVII supported cell survival and suppressed Th2 responses. Conversely, dianemycin and scabertopin inhibited T-cell proliferation, likely by downregulating the Jak/STAT and Erk1/2 pathways. Moreover, a detailed analysis of signal transduction performed in my study has demonstrated that the glucocorticoids diflorasone, dexamethasone, and prednisolone primarily exert their immunosuppressive effects by disrupting the IL-2/IL-2R axis and downstream signaling pathways (MAPK, NF-κB, and Akt), leading to impaired T-cell activation, proliferation, and mitochondrial function. This finding provides an advanced understanding of the mechanisms by which glucocorticoids, particularly diflorasone, suppress T-cell activity, by specifically disrupting IL-2, but not TCR signaling, as proposed by other studies. This new model of regulation by glucocorticoids is important for the development of targeted therapies. In summary, my study has contributed to the identification of new natural products with immunomodulatory activity and further provides a deeper understanding of glucocorticoid-mediated immunosuppression. The identification of these compounds and the preliminary characterization of their mechanisms of action offer promising avenues for developing novel therapeutic strategies for inflammatory and autoimmune diseases.

Diese Dissertation untersucht die immunmodulatorischen Effekte einer Bibliothek diverser Naturstoffe und Glukokortikoide auf die Funktion menschlicher T-Zellen. Ein Screening von 1.369 Naturstoffen identifizierte sieben Verbindungen mit signifikanter immunmodulatorischer Aktivität: vier immunstimulierende Verbindungen (Cumarin-3- carbonsäure, Embelin, Cinchonidin und Gypenosid XVII) und drei immunsuppressive Verbindungen (Dianemycin, Scabertopin und Diflorason). Diese Verbindungen modulierten die T-Zell-Proliferation und Zytokinproduktion durch verschiedene Mechanismen, einschließlich IL-2-Signalgebung, Th-Differenzierung und mitochondrialer Funktion. Insbesondere verstärkte Cumarin-3-carbonsäure die IL-2-Signalgebung und förderte eine Th1-Antwort, während Embelin die Produktion von IFN-α erhöhte und die mitochondriale Funktion verbesserte. Cinchonidin förderte ein Th1/Th17-Profil, und Gypenosid XVII unterstützte das Zellüberleben und unterdrückte Th2-Antworten. Im Gegensatz dazu hemmten Dianemycin und Scabertopin die T-Zell-Proliferation wahrscheinlich durch die Herunterregulierung der Jak/STAT- und Erk1/2-Signalwege. Darüber hinaus hat eine detaillierte Analyse der Signaltransduktion in meiner Studie gezeigt, dass die Glukokortikoide Diflorason, Dexamethason und Prednisolon ihren immunsuppressiven Effekte hauptsächlich durch die Störung der IL-2/IL-2R-Achse und nachgelagerter Signalwege (MAPK, NF-κB und Akt) ausüben, was zu einer Beeinträchtigung der T-Zell-Aktivierung, Proliferation und mitochondrialen Funktion führt. Diese Erkenntnisse liefern ein fortgeschrittenes Verständnis der Mechanismen, durch die Glukokortikoide, insbesondere Diflorason, die T-Zell-Aktivität unterdrücken, indem sie spezifisch die IL-2-, aber nicht die TCR-Signalgebung stören, wie es in anderen Studien vorgeschlagen wurde. Dieses neue Modell der Glukokortikoid-vermittelten Regulation ist entscheidend für die Entwicklung zielgerichteter Therapien. Zusammenfassend hat meine Studie zur Identifikation neuer Naturstoffe mit immunmodulatorischer Aktivität beigetragen und ein tieferes Verständnis der Glukokortikoid-vermittelten Immunsuppression geliefert. Die Identifikation dieser Verbindungen und die vorläufige Charakterisierung ihrer Wirkmechanismen bieten vielversprechende Ansätze für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien zur Behandlung von Entzündungs- und Autoimmunerkrankungen.