Das K/BxN Serum-induzierte Arthritis Modell ist ein einzigartiges Modell um Gelenkentzündungen, welche unabhängig von den für die Autoantikörper-Produktion notwendigen autoimmunen Mechanismen entstehen, zu studieren. Intraperitoneale Injektionen von Seren von an Arthritis erkrankten K/BxN Mäusen enthalten anti-Glukose-6-Phosphat Isomerase (GPI) Antikörper und induzieren Arthritis in Mausstämmen, wie z.B. Balb/c oder C57/Bl6, die empfänglich für diese Erkrankung sind. Die Erkrankung ist T- und B- Zell unabhängig. In dieser Dissertation wurden die zellulären und molekularen Akteure in den entzündlichen Prozessen des K/BxN Serum-induzierten Arthritis Modells untersucht.
Es konnte gezeigt werden, dass Neutrophile und Mastzellen essentiell für die Initiation der Krankheit in diesem Arthritis Modell sind. Desweiteren schützt die periphere Depletion von Makrophagen mittels liposomalem Chlodronat Mäuse vollständig vor einer Erkrankung. Die im Blut befindlichen Monozyten exprimieren Fcγ Rezeptoren und werden durch Immunkomplexe aktiviert. Während der initialen Phase der Erkrankung findet man - im Gegensatz zur unreifen Ly6Chi Monozyten Subpopulation - erhöhte Mengen der reifen Ly6Clow Monozyten. Die Behandlung mit liposomalem Chlodronat, die die Mäuse vor Ausbruch der Erkrankung an Arthritis schützt, depletierte das Blut von der Ly6Clow Monozyten Subpopulation, während die Ly6Chi Subpopulation unbetroffen davon war. Eine vergleichbare Behandlung mit liposomalem Chlodronat, die jedoch nach Krankheitsbeginn erfolgte, schützte die Mäuse hingegen nicht. Diese Daten deuten auf eine mögliche Rolle der Ly6Clow Subpopulation in der Initiation der Entzündung hin. Auf der anderen Seite scheinen die Ly6Chi Monozyten in der chronischen Phase der Erkrankung involviert zu sein. Weiterhin wurde die Rolle des Wiskott Aldrich Syndrome Proteins (WASP) bei dieser Entzündung untersucht, wobei sich jedoch zeigte, dass WASP hier keine Rolle bei der Migration von Makrophagen und Neutrophilen spielt.
Weiterhin wurde ein neues Modell der K/BxN Serum-induzierten Arthritis entwickelt, in dem die Seren direkt in das Kniegelenk injiziert wurden. Dieses Modell ist notwendig, um die Rolle zellulärer and molekularer Mediatoren in den Gelenken, unabhängig von systemischen Faktoren, zu untersuchen und kann von nun an zur Untersuchung der Pathogenese der Arthritis im Gelenk verwendet werden. Desweiteren wurde untersucht, welche Rolle der STAT1 Transkriptionsfaktor bei Arthritis spielt. Ziel war es, den Effekt von IFN-γ und anderen Zytokinen, die ihre Wirkung durch den JAK/STAT Signaltransduktionsweg erzielen, auf Makrophagen und Fibroblasten im Synovium zu studieren. Eine Erkrankung der Mäuse konnte durch STAT1 Decoy -Oligo-Desoxynukleotide (ODN) nicht verhindert werden, was darauf hindeutet, dass IFN-γ über einen alternativen Weg agiert.
Matrix Metalloproteasen (MMP) spielen eine wichtige Rolle bei Gewebezerstörung und umbildung in der Arthritis. Aus diesem Grund wurde die Expression von MMP-9 und MMP-2 im Verlauf der Arthritis-Erkrankung im Fussgelenk von Balb/c Mäusen untersucht. Fussknöchelhomogenate von Mäusen, die an Arthritis erkrankt waren, zeigten mittels Zymogram-Analyse, dass MMP-9 eine erhöhte Expression zu Beginn der Erkrankung aufwies, was auf eine bedeutende Rolle dieser MMP für die Initiation der Krankheit hindeutet. MMP-2 dagegen zeigte keinen deutlichen Aktivitätsanstieg. Ein weiterer Hinweis auf eine Schlüsselrolle von MMP-9 war, dass MMP-9 knock-out Mäuse, die mit K/BxN Seren injiziert worden waren, eine schwächere Ausprägung der Krankheit aufwiesen. Transgene Mäuse, denen die Rezeptoren für Interleukin-12 und Histamin (H1 und H2) fehlten, zeigten keine positive Korrelation in der Pathogenese der Serum-induzierten Arthritis.
Bislang konzentrierten sich die Studien der Pathogenese im K/BxN Modell der Arthritis auf Knochen- und Knorpelzerstörung. Die Krankheit wurde nicht im periartikulären Gewebe, beispielsweise Muskeln und Sehnen, studiert. In vorliegender Studie konnten pathologische Veränderungen in periartikulären Geweben dokumentiert werden. Dem entzündlichen Prozess im Synovial-Gewebe scheint eine periosteale Inflammation und endomysiale Infiltration des Muskels voranzugehen. In der chronischen Phase der Erkrankung kommt zusätzliches periosteales Knochenwachstum hinzu. Das Auftreten von Knochenerosion entlang des Periosteums und Entzündungen von Muskeln und Sehnen, sogar vor der synovialen Proliferation bzw. Knochen- und Knorpelzerstörung, weist auf eine mögliche Rolle von GPI Autoantikörpern in der Deregulation des Knochenmetabolismus` hin. Daher kann eine regulatorische Rolle der GPI Autoantikörper angenommen werden, welche die frühe Knochenzerstörung und Sehnenentzündung vermittelt, was eine Infiltration von Immunzellen wie Neutrophilen und Makrophagen beinhaltet und zur vollständigen Zerstörung des Gelenks führt. Es bedarf weiterer Studien mit GPI Antikörpern, um diese Hypothese zu untermauern.

The K/BxN sera induced arthritis is an unique model used to study the inflammatory process taking place in the joints independent of the autoimmune mechanisms that are required for autoantibody production. Intraperitoenal injection of sera from arthritic K/BxN mice containing antibodies against Glucose-6-phosphate isomerase is capable of inducing arthritis in the susceptible mice like Balb/c and C57Bl/6. This disease is independent of T and B cells. The cellular and molecular players involved in the inflammation in the K/BxN sera induced arthritis model are examined in this dissertation.

Neutrophils and mast cells have been shown to be essential for the initiation of the disease in this arthritic model. A peripheral depletion of macrophages with liposomal clodronate completely protects mice against arthritis. Blood monocytes express Fcgamma receptors and are activated by immune complexes. During the initial phase of the disease, the mature Ly6Clow blood monocytes subpopulation was increased compared to the immature Ly6Chi monocytes. Liposomal clodronate treatment of mice, which protected mice from arthritis, depleted the blood of the immature Ly6Clow subpopulation of monocytes while the Ly6Chi subpopulation was still present. Further a similar Lipososmal clodronate treatment when done after disease onset failed to protect mice. Thus these data suggest a possible role of the Ly6Clow subpopulation in the initiation of inflammation. On the other hand the Ly6Chi subset of monocytes seem to be involved during the chronic phase of the disease because this subpopulation migrated into the synovium on day 6 of the disease. I also examined the role of Wiskott Aldrich Syndrome Protein (WASP) in this inflammation. WASP had no role in the migration of macrophages and neutrophils

A new model of K/BxN sera induced arthritis was developed by delivering the sera directly into the knee joints. This model is necessary to investigate the role of the cellular and molecular mediators in the joints independent of the systemic factors. Balb/c mice were induced with arthritis in the knee joint with intra-articular injections of K/BxN sera. The disease observed here was transient. It was observed clinically and histologically on day 1 but subsided by day 5. Histological manifestations were quite similar to disease induced by peritoneal injection. This model can henceforth be used as a model to study the pathogenesis of the arthritic joint independent of the systemic influences. This model was used to study the role of STAT1 transcription factor in arthritis. The aim was to target the macrophages and fibroblasts in the synovium in order to study the effect of IFN- signaling as well as that of other cytokines which meditate their effects through JAK/STAT pathway. Intra-articular injections of STAT1 decoy ODN failed to protect the mice from arthritis suggesting that IFN- may be acting through alternative pathways that have recently been discovered. Further studies need to be done to dissect the involvement of other pathways.

Matrixmetalloproteases play an important role in tissue destruction and remodeling in arthritis. The expression of MMP-9 and MMP-2 was investigated during disease progression in the ankle joints of Balb/c mice. Zymogram analysis of the ankle homogenates of arthritic mice showed an increased expression of MMP-9 during the onset of the disease indicating an important role for MMP-9 in the initiation of the disease. However MMP-2 did not show a marked increase in activity. The importance of MMP-9 was further indicated by the decreased disease observed in MMP-9 knock out mice transferred with K/BxN sera. Transgenic mice lacking receptors for IL12 and histamine (H1 and H2 receptors) did not show any positive correlation in the pathogenesis of sera induced arthritis.

The study of pathogenesis in the K/BxN model of rheumatoid arthritis has so far been focused on bone and cartilage destruction. Disease in the periarticular tissue like muscles and tendon has not been studied. Some interesting facts were found in this study that documents the pathological alterations in the periarticular tissues. The inflammatory process in the synovial tissue seems to be preceded by periosteal inflammation and endomysial infiltration of the muscle. Further periosteal bone apposition occurs in the chronic phase of the disease. The presence of bone erosions along the periosteum and inflammation in the muscle and tendons even before synovial proliferation or bone and cartilage destruction suggests a possible role of GPI antibodies in the dysregulation of bone metabolism. Therefore we predict a regulatory role of the GPI autoantibodies that may mediate early bone destruction and tendon inflammation that is compounded by the arrival of the immune system players like neutrophils and macrophages leading to a complete destruction of the joint. Further studies using the GPI antibodies needs to be done to prove this hypothesis.