Impact of the immune system aging on multiple sclerosis’ forms of progression: study of the thymic function

Abstract

Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease from the central nervous system (CNS) characterized by progressive demyelination of neurons. It is a very heterogeneous disease with three main forms of progression: the relapsing-remitting MS, the primary progressive MS and the secondary progressive MS. The lesions in the CNS constitute the hallmark of the disease and are associated with an autoimmune response. In MS, the immune response has been attributed to myelin-autoreactive T lymphocytes. T lymphocytes are produced in the thymus, an immune system primary organ that is very active during the first year of life and involutes progressively with age. Thymic involution contributes to the aging process of the immune system, refered as immunosenescence. Existing data suggest that individuals with RRMS have decreased thymic function when compared to age-matched healthy individuals. The main objective of this study is to investigate how thymic function and immune system aging correlate with the different forms of progression of MS. We hypothesize that the thymic function and the immune system aging may have an essential role for the pathophysiology and progression of the disease. To address this hypothesis, blood samples from MS patients with different forms of disease progression and from healthy individuals were analyzed. Thymic function and immune system aging were then evaluated through quantification of recent thymic emigrants (RTEs) and quantification of the naïve to memory T lymphocytes’ ratio, respectively. Our results suggest that the percentage of RTEs and the naïve to memory T lymphocytes’ ratio correlate to individual’s age similarly on healthy vs. MS treatment-naïve individuals. Interestingly, MS individuals on treatment seem to present an increased accumulation of memory subsets in the periphery and decreased thymic function. Altogether, our results suggest that alterations on thymic function and T lymphocytes subsets reported in previous studies are characteristic of MS patients on treatment but not of naïve-treatment individuals. To support our conclusion it is essential, however, to evaluate other surrogates of thymic function (e.g. T cell receptor excision circles [TRECs]) and of immunosenescence (e.g. relative length of telomere repeats) and extend this study to an increased number of MS patients. So far, we could optimize the flow-FISH technique to quantify the length of telomere repeats on T lymphocytes, introducing several modifications to the protocol previously described by others. Furthermore, although not yet optimized we could verify some progresses on the optimization of the Nested-PCR to TRECs quantification.

A esclerose múltipla (EM) é uma doença autoimune do sistema nervoso central (SNC) caracterizada pela desmielinização progressiva dos neurónios. Trata-se de uma doença muito heterogénea com três formas principais de progressão: a forma de surto-remissão, a forma primária progressiva e a forma secundária progressiva. Com o tempo, os efeitos cumulativos da doença juntamente com a falta de tratamentos eficazes levam a défices motores, cognitivos e emocionais. A doença carateriza-se pela ocorrência de lesões no SNC resultantes de uma resposta auto-imune. Na EM, a inflamação tem sido atribuída à existência de linfócitos T auto-reactivos para a mielina. Os linfócitos T são produzidos pelo timo, um órgão primário do sistema imunitário muito ativo nos primeiros anos de vida e que involui de forma progressiva com a idade. A involução do timo contribui para o processo de envelhecimento do sistema imunitário, referido como imunosenescência. Os dados existentes sugerem que indivíduos com forma de surto-remissão possuem menor função tímica quando comparados com indivíduos saudáveis com a mesma idade. O principal objetivo deste estudo é investigar de que forma a função tímica e o envelhecimento do sistema imunitário se correlacionam com a manifestação das diferentes formas de progressão da doença. Colocamos a hipótese de que a função tímica e o envelhecimento do sistema imunitário poderão ter um papel essencial para a patofisiologia e progressão da EM. Para investigar esta hipótese foram analisadas amostras de sangue de indivíduos saudáveis ou doentes com diferentes formas de progressão de EM. A função tímica assim como o envelhecimento do sistema imunitário foram posteriormente avaliados através da quantificação de células recentemente exportadas do timo e da quantificação do rácio de linfócitos T naive sobre linfócitos T de memória, respetivamente. Os nossos resultados sugerem que a percentagem de células recentemente exportadas do tímo e o rácio naive/memória dos linfócitos T se correlacionam com a idade dos indivíduos de forma semelhante em indivíduos saudáveis e com EM sem tratamento. Curiosamente, indivíduos com EM e em tratamento parecem apresentar uma maior acumulação das subpopulações de memória na periferia e diminuição da função tímica. Sucintamente, os nossos resultados sugerem que as alterações na função tímica e nas subpopulações de linfócitos T reportadas em estudos anteriores são características de doentes com EM em tratamento mas não de individuos sem tratamento. Para sustentar os nossos resultados é essencial, no entanto, avaliar outros parâmetros para a função tímica (por exemplo os círculos de excisão do recetor das células T [CERT]) e para a imunosenescência (por exemplo o tamanho relativo dos telómeros) e alargar este estudo a um maior número de doentes com EM. Até ao momento fomos capazes de otimizar o flow-FISH para a quantificação do tamanho das repetições teloméricas em linfócitos T, introduzindo várias modificações ao protocolo previamente descrito por outros. Não obstante, apesar de ainda não otimizada fomos capazes de fazer progressos na otimização do Nested-PCR para a quantificação de CERTs.