Chronischer Pruritus ist ein schwerwiegendes klinisches Symptom mit einer hohen Prävalenz, dass die Lebensqualität signifikant reduziert und schwierig zu behandeln ist. Ein Problem für die Entwicklung von zielgerichteten Therapien liegt derzeit an fehlenden pathophysiologischen Konzepten. Das Ziel von Projekt #5 ist die genaue Charakterisierung von bekannten (IL-31/IL-31RA) und neuen Pruritus-Signalwegen bei chronischen Entzündungsprozessen der Haut. In der ersten Förderperiode konnten die Antragsteller erfolgreich Patienten mit atopischer Dermatitis (T_H2), Lichen planus (T_H1) und Psoriasis (T_H17) als “Modelle” für entzündliche Hauterkrankungen mit Juckreiz inklusive Kontrollpersonen für eine Biomaterialsammlung rekrutieren (Gesamtzahl, n=171). Alle Individuen wurden klinisch charakterisiert, elektrisch stimuliert und Biomaterial (Haut, PBMCs, Plasma) gewonnen. Erstmals konnten wir eine transkriptomische “Pruritussignatur” bei atopischen Dermatitis Patienten aufdecken. Darüber hinaus haben wir IL-31 produzierende, zirkulierende Zellen als Teilmenge der CLA+ CRTH2+ CCR4+ T_H2-Zellen identifiziert, die zur Effektor Gedächtniszellpopulation gehören. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass IL-31 die Differenzierung von Plasmablasten in vivo fördert. Basophile wurden von uns erstmals als TRPV1 positiv identifiziert, die durch IL-31 Stimulation TSLP freisetzen. Ferner konnten wir zeigen, dass Eosinophile von atopischen Dermatitis Patienten den Wachstumsfaktor Brain derived neurotrophic factor freisetzen und Neuritenwachstum induzieren. In der zweiten Förderperiode planen die Antragsteller, (1) die genaue Phänotypisierung von IL-31-produzierenden Zellen durchzuführen, (2) den Beitrag von verschiedenen IL-31RA+ Zelltypen bezüglich der Barrieredysfunktion, Entzündung, neuronalem Wachstum und Pruritus aufzudecken, (3) neue Pruritus-Signalwege bei chronisch entzündlichen Hauterkrankungen zu identifizieren sowie (4) die Rolle von Mikroben als exogene Auslöser von Juckreiz zu untersuchen. Wir folgen einem strukturierten experimentellen Pfad mit (a) der Analyse eigener oder öffentlicher Datensätze mittels Bioinformatik, (b) weiterer Untersuchungen mittels in-vitro-Modellen und (c) der Bestätigung und Validierung dieser Ergebnisse in vivo. Wir haben umfangreiche eigene und öffentliche Datensätze voranalysiert, haben während der ersten Förderperiode eine umfassende Biomaterialbank aufgebaut und werden zusätzliche Informationen aus longitudinalen Analysen von Transkriptomen sowie Mikrobiomen bei Patienten generieren sowie konditionierte Knockout (Il31ra)- und Reporter (Il31)-Mausmodelle zur Validierung nutzen.  Zusammenfassend werden die Ergebnisse dieser Studie unser Verständnis von Pruritus-Signalwegen erweitern und Biomarker für chronischen Pruritus definieren, die in der Zukunft als therapeutische Ziele dienen können.

RU2690 TP5
Raap U, Homey B

Chronic pruritus is a major clinical complaint, has a high prevalence, severely reduces the quality of life and is difficult to treat. The main problem for the development of targeted therapies has been a lack of pathophysiologic concepts. The key objective of project #5 is the in-depth characterization of known (IL-31/IL-31RA) and the identification of novel pruritus pathways during chronic skin inflammation. We are investigating distinct skin diseases such as lichen planus (T_H1), atopic dermatitis (T_H2) and psoriasis (T_H17) as “role models” of itch. During the first funding period, the applicants succeeded in recruiting atopic dermatitis, psoriasis and lichen planus patients as well as matching controls (total n=171) for a physical biomaterial collection. All individuals were clinically characterized, electrically stimulated and biomaterial (skin, PBMCs, plasma) was obtained further analyses. At this point, we identified a transcriptomic “pruritus signature” in atopic dermatitis patients. Furthermore, we defined IL-31-producing circulating cells as a subset of CLA+ CRTH2+ CCR4+ T_H2 cells that belong to the effector memory population and demonstrated that IL-31 promotes the differentiation of plasmablasts in vivo. Moreover, we uncovered that basophils express TRPV1 and produce TSLP following IL-31 stimulation. In atopic dermatitis patients, we showed that the brain derived neurotrophic factor (BDNF) is released by eosinophils and induces neuronal growth. During the second funding period, the applicants will address the following aims: (1) Deep phenotyping of IL-31-producing cells; (2) unravel the relative contribution of distinct IL-31RA+ cell types to mediate barrier dysfunction, inflammation, neuronal growth and pruritus; (3) define and validate pruritus pathways in distinct chronic inflammatory skin diseases and (4) unravel the role of microbes as exogenous triggers of itch. The applicants will follow a common experimental path with (a) explore own or public datasets using bioinformatics, (b) further investigation using in vitro-models and (c) confirmation and validation of these findings in vivo. Along this path, we have pre-analyzed large own and public datasets, have obtained a significant bio-resource during the 1^st period and will obtain more information from longitudinal analyses of transcriptomes as well as microbiomes in patients. Moreover, we will use state-of-the-art conditional knockout (Il31ra) and reporter (Il31) mouse models.  Taken together, findings of this study will increase our understanding of pruritus pathways with an emphasis on understanding the role of IL-31RA signaling as well as of microbes as exogenous triggers of itch. It will define and validate biomarkers for chronic pruritus that may serve as therapeutic targets.  

RU2690 TP5
Raap U, Homey B