High mobility group box protein-1 is involved in modulation of cell specific immune responses during chronic testicular inflammation in rat - Aslani, Ferial; Justus Liebig University Giessen (My University, 2013)
Despite its immune privileged status, the testis is prone to inflammatory infertility. However, sterile inflammation of the testis (autoimmune orchitis) is neglected as a cause of male factor infertility due to lack of non-invasive diagnostic tools. Accumulating data shows that high mobility group box protein 1 (HMGB1), a non-histone chromosomal protein, plays an important role in onset and chronification of autoimmune diseases once released from the nuclei. In this study, we analyzed how HMGB1 can regulate inflammatory reactions in vivo using a rat model of experimental autoimmune orchitis (EAO) and in vitro in primary testicular cells. HMGB1 was translocated from the nuclei in EAO testis and in the testis of infertile men with leukocytic infiltrates. Interestingly, HMGB1 levels in EAO testis were elevated at the late chronic phase of disease as compared to early proinflammatory cytokines such as IL-6 and TNF-a. We found that testicular somatic cells show a cell-specific expression profile of HMGB1 receptors TLR4 and Receptor for Advanced Glycation End products (RAGE). The highly sensitive and specific proximity ligation assay was used to analyze HMGB1 receptor binding in testicular cells. HMGB1-TLR4 binding was dominant in testicular macrophages. However, Sertoli and peritubular cells showed higher levels of HMGB1-RAGE interaction. In support, HMGB1 triggered RAGE-dependent ERK1/2 MAPK and CREB activation in Sertoli and peritubular cells, whilst in testicular macrophages HMGB1 induced TLR4-signaling as evidenced by p38 MAPK and p65 NF-ĸB phosphorylation which stimulated an increase in mRNA levels of TNF-a and IL-6. Recent studies showed that RAGE induced ERK activation leads to enhanced autophagy levels. In line with these data, in our study extracellular HMGB1 triggered formation of autophagosomes in Sertoli cells. Increased autophagy levels in isolated Sertoli cells may explain how these cells survive the inflammatory environment in EAO testis. Considering HMGB1 s late phase of action, inhibition of HMGB1 may be a putative target for therapeutic intervention in treatment of chronic testicular inflammation.

Der Hoden ist ein immun-privilegiertes Organ, dessen Immunstatus Toleranz gegenüber den Neoantigenen der Keimzellen gewährt. Paradoxerweise sind sterile Entzündungen relativ häufig in testikulären Biopsien von Männern zur Abklärung einer Infertilität zu finden. Mangelnde Kenntnis der Pathomechanismen, der asymptomatische Verlauf und ein Fehlen geeigneter Markern erlauben jedoch bisher keine kausale Therapie.Zahlreiche Arbeiten zeigen, dass das chromosomale Nicht-Histon-Protein High Mobility Group Box Protein 1 (HMGB1) eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Chronifizierung von Autoimmunerkrankungen und sterilen Entzündungen spielt, sobald es aus dem Zellkern freigesetzt/transloziert wird. In dieser Studie wurde untersucht, wie das HMGB1 Protein entzündliche Reaktionen in einem in vivo Rattenmodell der experimentellen Autoimmun-Orchitis (EAO) und in vitro in isolierten testikulären Zellen regulieren kann. Im Hoden von EAO Tieren und unfruchtbaren Männern mit leukozytären Infiltraten wurde eine HMGB1 Translokation aus den Zellkernen beobachtet. Interessanterweise war der HMGB1 Level in EAO Hoden, im Gegensatz zu den proinflammatorischen Zytokinen wie IL-6 und TNF-a, erst in der späten chronischen Phase der Erkrankung erhöht. Zudem konnte gezeigt werden, dass die HMGB1-Rezeptoren TLR4 und RAGE (Receptor of Advanced Glycation End Products) in verschiedenen Typen testikulärer somatischer Zellen unterschiedlich exprimiert werden. Mit Hilfe des Proximity Ligationsassays wurde nachgewiesen, dass die HMGB1-TLR4 Bindung in testikulären Makrophagen signifikant höher ist als in Sertoli und peritubulären Zellen, die im Gegensatz dazu eine höhere HMGB1-RAGE Interaktion zeigten. Entsprechend löst HMGB1 eine RAGE-abhängige ERK1/2 MAPK- und CREB-Aktivierung in Sertoli und peritubulären Zellen aus, während es in testikulären Makrophagen den TLR4-Signalweg induziert, der durch eine Phosphorylierung von p38 MAPK und p65 NF-ĸB und folgender Induktion der mRNA Expression von TNF-a und IL-6 charakterisiert ist. Neueste Daten zeigen, dass eine RAGE induzierte ERK Aktivierung Autophagie induzieren kann. In Übereinstimmung mit früheren Forschungsergebnissen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass extrazelluläres HMGB1 zur verstärkten Bildung von Autophagosomen in Sertoli-Zellen führt. Erhöhte Autophagie in Sertoli-Zellen könnte erklären, wie diese Zellen den Entzündungsprozess in EAO Hoden überleben. In Anbetracht, dass HMGB1 in der späten Phase der Erkrankung agiert, könnte die Hemmung von HMGB1 ein mögliches Ziel für die therapeutische Intervention bei der Behandlung von chronischer Hodenentzündung darstellen.
Bei testikulärer Entzündung in Ratten ist HMGB1 in der Modulation von zellspezifischen Immunantworten involviert
Keywords: HMGB1; Autoimmune orchitis; testicular macrophages; Sertoli cells; Peritubular cells; TLR4; RAGE; ddc:610