Einfluss Zelltod-inhibierender Proteine des murinen Cytomegalovirus auf die Initiation der antiviralen CD8 T-Zellantwort

Die Inhibition des programmierten Zelltods ist ein essentieller Faktor der viralen Replikationsfähigkeit. Das murine Cytomegalovirus kodiert deshalb für verschiedene Zelltod-inhibierende Gene, um dem programmierten Zelltod zu entgehen bis die Virusproduktion abgeschlossen ist. Da die Expression des viralen anti-apoptotischen Gens M36 infizierte Makrophagen vor der Apoptose schützt (Menard et al., 2003), wurde in der vorliegenden Arbeit unter Verwendung der Deletionsmutante mCMV-ΔM36 (ΔM36) der Einfluss von Apoptose auf das Priming Epitop-spezifischer CD8 T-Zellen untersucht.rnInteressanterweise waren die Frequenzen mCMV-spezifischer CD8 T-Zellen nach Infektion mit ΔM36 für alle getesteten Epitope sowohl im Haplotyp H-2d als auch im Haplotyp H-2b deutlich erhöht. Zusätzlich konnte mit Hilfe der mCMV-ORF-Library eine Verbreiterung des CD8 T-Zellepitop-Repertoire nach Infektion mit ΔM36 nachgewiesen werden, was neben der quantitativen auch eine qualitative Steigerung des CD8 T-Zell-Primings aufzeigt.rnIn der funktionellen Revertante ΔM36-FADDDN wird die anti-apoptotische Funktion durch eine dominant-negative Form des zellulären Adapterproteins FADD (FADDDN) substituiert (Cicin-Sain et al., 2008), die das Apoptose-Signaling verhindert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Expression von FADDDN nicht nur den Apoptose-Phänotyp wieder revertiert, sondern auch die Verbesserung des CD8 T-Zell-Primings aufhebt. Diese Beobachtung belegt eindeutig, dass das verbesserte CD8 T-Zell-Priming auf einer verstärkten Apoptose-Induktion beruht.Bemerkenswerterweise konnte das verbesserte Priming auch nach Deletion des anti-nekroptotischen Gens M45 nachgewiesen werden. So konnte nach Infektion mit mCMV-M45-BamX (M45-BamX) (Brune et al., 2001) gezeigt werden, dass auch die Induktion der Nekroptose zu einem verbesserten CD8 T-Zell-Priming sowie zu einer Verbreiterung des CD8 T-Zellepitop-Repertoires führt.Nach Infektion von Cross-Priming-defizienten 3d-Mäusen (Tabeta et al., 2006) konnte eine Steigerung mCMV-spezifischer CD8 T-Zell-Frequenzen in Abwesenheit von M36 oder M45 nicht beobachtet werden. Dieser Befund lässt auf ein erhöhtes Cross-Priming von CD8 T-Zellen durch ΔM36 oder M45-BamX infolge einer verstärkten Induktion des programmierten Zelltods schließen.rnIn der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die Inhibition des programmierten Zelltods durch die mCMV-Gene M36 und M45 das CD8 T-Zell-Priming limitiert. Somit fördern virale Zelltod-inhibierende Gene die virale Replikationsfähigkeit, indem sie die Virusproduktion per se in der individuellen Zelle steigern und zusätzlich die Immunkontrolle reduzieren, was wiederum eine verbesserte Dissemination in vivo ermöglicht.

Mechanismen der Antigenpräsentation bei der Induktion der CD8-T-Zellantwort gegen das murine Cytomegalovirus

Die Kontrolle der Cytomegalovirus(CMV)-Infektion durch CD8 T-Zellen ist abhängig von der effizienten MHC-Klasse-I-Präsentation viraler Peptide auf der Zelloberfläche. Um die Erkennung infizierter Zellen zu unterdrücken, interferieren während der Early (E)-Phase der murinen CMV (mCMV)-Infektion virale Immunevasine mit dem intrazellulären Transport von Peptid-MHC-I (pMHC-I) Komplexen. Den Immunevasinen gelingt es allerdings nicht, ein Priming mCMV-spezifischer CD8 T-Zellen zu verhindern. Daher wurde angenommen, dass die Initiation der antiviralen CD8 T-Zellantwort primär auf der Cross-Präsentation viraler Peptide auf nicht-infizierten, professionellen Antigen-präsentierenden Zellen (profAPC) beruht und damit unabhängig von viralen Immunevasionsmechanismen ist.rnIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mittels BAC-Mutagenese eine mCMV-Rekombinante generiert, um die direkte Präsentation viraler Peptide durch die zusätzliche Expression des zentralen Immunevasins m152 bereits in der Immediate Early (IE)-Phase verstärkt zu unterdrücken. Wie erwartet reduzierte die verstärkte m152-Expression sowohl in der IE- als auch in der E-Phase die pMHC-I-Präsentation in vitro. Dies führte überraschenderweise nach Infektion immunkompetenter BALB/c-Mäuse (Haplotyp H-2d) zu einer verminderten CD8 T-Zellantwort und damit zur Verschlechterung der Kontrolle der Infektion im drainierenden Lymphknoten. Diese Beobachtungen weisen erstmals auf einen wichtigen Beitrag der direkten Antigenpräsentation bei der Initiation der mCMV-spezifischen CD8 T-Zellantwort im immunkompetenten Wirt hin. Zusätzlich konnte auch nach mCMV-Infektion von Cross-Präsentations-defizienten Mäusen (Haplotyp H-2b) eine antivirale CD8 T-Zellantwort initiiert werden. Diese Beobachtung bestätigt, dass durch direkte Antigenpräsentation auf infizierten profAPC trotz viraler Immunevasionsmechanismen eine CD8 T-Zellantwort induziert werden kann. Allerdings wurde weder die antivirale CD8 T-Zellantwort noch die Kontrolle der Infektion im Haplotyp H-2b durch die verstärkte m152-Expression moduliert.rnIn einem weiteren Teil der Arbeit konnte im klinisch relevanten Modellsystem der mCMV-Infektion von Knochenmarktransplantations (KMT)-Rezipienten (Haplotyp H-2d) gezeigt werden, dass die verstärkte m152-Expression die Rekrutierung IE1-spezifischer CD8 T-Zellen in die infizierte Lunge unterdrückt. Dies konnte sowohl früh nach Infektion, als auch während der viralen Latenz nachgewiesen werden. Zusätzlich war die Rekrutierung IE1-spezifischer CD8 T-Zellen in die Lunge deutlich vermindert in Ld--Rezipienten von Ld+-hämatopoetischen Zellen, die das IE1-präsentierende MHC-I-Molekül Ld nicht auf den nicht-hämatopoetischen Gewebszellen exprimieren. Diese Beobachtungen zeigen, dass die Rekrutierung antiviraler CD8 T-Zellen in ein peripheres Organ von der direkten Antigenpräsentation auf nicht-hämatopoetischen, infizierten Gewebszellen bestimmt wird.rnIn der vorliegenden Arbeit konnte somit erstmals gezeigt werden, dass trotz viraler Immunevasionsmechanismen nach mCMV-Infektion des immunkompetenten Wirtes und des KMT-Rezipienten die antivirale CD8 T-Zellantwort von der direkten Antigenpräsentation bestimmt wird.

Molekulare Grundlagen der Immunkontrolle des murinen Cytomegalovirus in Gegenwart viruskodierter Immunevasine

Die Kontrolle der Infektion mit dem humanen Cytomegalovirus (HCMV) wird primär durch antivirale CD8 T-Zellen vermittelt. Während der Koevolution zwischen Virus und Wirt wurden Immunevasionsmechanismen entwickelt, die direkt die Expression der Peptid-MHC-Klasse-I-Komplexe an der Zelloberfläche beeinflussen und es dem Virus ermöglichen, der Immunkontrolle des Wirtes zu entkommen. Da HCMV und das murine CMV (mCMV) zum Teil analoge Strategien zur Modulation des MHC-Klasse-I-Antigen-Präsentationswegs entwickelt haben, wurde in der vorliegenden Arbeit auf das experimentelle Modell mit mCMV zurückgegriffen. Die für die Immunevasion verantwortlichen Genprodukte m04/gp34, m06/gp48 und m152/gp40 werden aufgrund ihres regulatorischen Einflusses auf die Antigenpräsentation als vRAPs (viral regulators of antigen presentation) bezeichnet. Diese interferieren mit dem Transport Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Moleküle und reduzieren in ihrer konzertierten Wirkung die Präsentation viraler Peptide an der Zelloberfläche.rnDie Transplantation hämatopoietischer Zellen nach Immunoablation stellt eine etablierte Therapieform bei malignen hämatologischen Erkrankungen dar. Zwischen Immunoablation und der Rekonstitution des Immunsystems sind die Empfänger der transferierten Zellen stark immunsupprimiert und anfällig für eine CMV-Erkrankung bei Reaktivierung des Virus. Neben der Gabe antiviraler Medikamente ist der adoptive Transfer antiviraler CD8 T-Zellen eine vielversprechende Therapiemöglichkeit, um reaktivierende CMV zu kontrollieren, bis das körpereigene Immunsystem wieder funktionsfähig ist. Obwohl im murinen Modell sehr wohl etabliert, stellen im humanen System die eingeschränkte Wirkung und die Notwendigkeit der konsequenten Gabe hoher Zellzahlen gewisse logistische Schwierigkeiten dar, welche die Methode bisher von der klinischen Routine ausschließen.rnDas murine Modell sagte eine Rolle von IFN-γ voraus, da Depletion dieses Zytokins zu einer verminderten Schutzwirkung gegen die mCMV-Infektion führt.rnIm ersten Teil dieser Arbeit sollte ein möglicher inhibitorischer Effekt von m04 auf m152 untersucht werden, der bei der Rekombinanten Δm06W beobachtet wurde. Mit neu generierten Viren (Δm06L1+2) konnte dieser Effekt allerdings nicht bestätigt werden. Bei Δm06W fehlte jedoch eine höher N-glykosylierte Isoform des m152-Proteins. Um zu untersuchen, ob die N-Glykosylierung von m152 für seine Funktion notwendig ist, wurde ein rekombinantes Virus generiert, das in Folge einer Deletion aller 3 N-Glykosylierungssequenzen nur eine nicht-glykosylierte Isoform des m152-Proteins bilden kann. In Übereinstimmung mit der zwischenzeitlich publizierten Kristallstruktur das Komplexes von m152 und dem Liganden RAE-1 des aktivierenden NK-Zellrezeptors NKG2D konnte erstmals gezeigt werden, dass die Funktionen von m152 in der adaptiven und in der angeborenen Immunität auch von der nicht N-glykosylierten Isoform wahrgenommen werden können.rnIm zweiten Teil der Arbeit sollte mit Hilfe eines Sets an vRAP Deletionsmutanten der Einfluss von IFN γ auf die einzeln oder in Kombination exprimierten vRAPs untersucht werden. Es zeigte sich, dass Vorbehandlung der Zellen mit IFN-γ die Antigenprozessierung nach Infektion stark erhöht und die vRAPs dann nicht mehr in der Lage sind, die Präsentation aller Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Komplexe zu verhindern. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass vorher nicht-schützende CD8 T-Zellen Schutz vermitteln können, wenn das Gewebe der Rezipienten konstitutiv mit IFN-γ versorgt wird. Die zusätzliche Gabe von IFN-γ stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, den adoptiven Transfer als Therapie in der klinischen Routine einzusetzen.

Tegument Protein Subcellular Localization of Human Cytomegalovirus

To determine the subcellular localization of the tegument proteins pp65, pp71, pp150, and pp28 as fusions to one of several fluorescent proteins. Since these tegument proteins play pivotal roles in several stages of the viral life cycle, knowledge of where and the mechanism of how these proteins localize upon release could result in a better understanding of their function during a lytic infection as well as assist in the development of an effective, novel antiviral treatment.

Clinical relevance of cytomegalovirus viraemia(*,†)

Using new sensitive quantitative polymerase chain reaction (PCR) assays, cytomegalovirus (CMV) DNA is often detectable in the plasma of immunosuppressed patients. We investigated the prognostic value of a positive CMV DNA test for the development of CMV end-organ disease, other AIDS-defining events and mortality.

Interferon γ-Dependent Migration of Microglial Cells in the Retina after Systemic Cytomegalovirus Infection

Microglial cells are the resident macrophages of the central nervous system and participate in both innate and adaptive immune responses but can also lead to exacerbation of neurodegenerative pathologies after viral infections. Microglia in the outer layers of the retina and the subretinal space are thought to be involved in retinal diseases where low-grade chronic inflammation and oxidative stress play a role. This study investigated the effect of systemic infection with murine cytomegalovirus on the distribution and dynamics of retinal microglia cells. Systemic infection with murine cytomegalovirus elicited a significant increase in the number of microglia in the subretinal space and an accumulation of iris macrophages, along with morphological signs of activation. Interferon γ (IFN-γ)-deficient mice failed to induce changes in microglia distribution. Bone marrow chimera experiments confirmed that microglial cells in the subretinal space were not recruited from the circulating monocyte pool, but rather represented an accumulation of resident microglial cells from within the retina. Our results demonstrate that a systemic viral infection can lead to IFN-γ-mediated accumulation of microglia into the outer retinal layers and offer proof of concept that systemic viral infections alter the ocular microenvironment and therefore, may influence the course of diseases such as macular degeneration, diabetic retinopathy, or autoimmune uveitis, where low-grade inflammation is implicated.

Kinetics of ocular and systemic antigen-specific T-cell responses elicited during murine cytomegalovirus retinitis

Cytomegalovirus (CMV) reactivation in the retina of immunocompromized patients is a cause of significant morbidity as it can lead to blindness. The adaptive immune response is critical in controlling murine CMV (MCMV) infection in MCMV-susceptible mouse strains. CD8(+) T cells limit systemic viral replication in the acute phase of infection and are essential to contain latent virus. In this study, we provide the first evaluation of the kinetics of anti-viral T-cell responses after subretinal infection with MCMV. The acute response was characterized by a rapid expansion phase, with infiltration of CD8(+) T cells into the infected retina, followed by a contraction phase. MCMV-specific T cells displayed biphasic kinetics with a first peak at day 12 and contraction by day 18 followed by sustained recruitment of these cells into the retina at later time points post-infection. MCMV-specific CD8(+) T cells were also observed in the draining cervical lymph nodes and the spleen. Presentation of viral epitopes and activation of CD8(+) T cells was widespread and could be detected in the spleen and the draining lymph nodes, but not in the retina or iris. Moreover, after intraocular infection, antigen-specific cytotoxic activity was detectable and exhibited kinetics equivalent to those observed after intraperitoneal infection with the same viral dose. These data provide novel insights of how and where immune responses are initiated when viral antigen is present in the subretinal space.

Low levels of mannan-binding lectin or ficolins are not associated with an increased risk of cytomegalovirus disease in HIV-infected patients

Background In HIV-infected patients, prediction of Cytomegalovirus (CMV) disease remains difficult. A protective role of mannan-binding lectin (MBL) and ficolins against CMV disease has been reported after transplantation, but the impact in HIV-infected patients is unclear. Methods In a case-control study nested within the Swiss HIV Cohort Study, we investigated associations between plasma levels of MBL/ficolins and CMV disease. We compared HIV-infected patients with CMV disease (cases) to CMV-seropositive patients without CMV disease (controls) matched for CD4 T-cells, sampling time, and use of combination antiretroviral therapy. MBL and M-ficolin, L-ficolin, and H-ficolin were quantified using ELISA. Results We analysed 105 cases and 105 matched controls. CMV disease was neither associated with MBL (odds ratio [OR] 1.03 per log10 ng/mL increase (95% CI 0.73–1.45)) nor with ficolins (OR per log10 ng/mL increase 0.66 (95% CI 0.28–1.52), 2.34 (95% CI 0.44–12.36), and 0.89 (95% CI 0.26–3.03) for M-ficolin, L-ficolin, and H-ficolin, respectively). We found no evidence of a greater association between MBL and CMV disease in patients with low CD4 counts; however in the multivariable analysis, CMV disease was more likely in patients with an increased HIV RNA (OR 1.53 per log10 copies/mL; 95% CI 1.08–2.16), or a shorter duration of HIV-infection (OR 0.91 per year; 95% CI 0.84–0.98). Conclusions CMV disease is not associated with low levels of MBL/ficolins, suggesting a lack of a protective role in HIV-infected patients.

Acute partial Budd-Chiari syndrome and portal vein thrombosis in cytomegalovirus primary infection: a case report

BACKGROUND: Splanchnic vein thrombosis may complicate inherited thrombotic disorders. Acute cytomegalovirus infection is a rare cause of acquired venous thrombosis in the portal or mesenteric territory, but has never been described extending into a main hepatic vein. CASE PRESENTATION: A 36-year-old immunocompetent woman presented with acute primary cytomegalovirus infection in association with extensive thrombosis in the portal and splenic vein. In addition, a fresh thrombus was evident in the right hepatic vein. A thorough evaluation for a hypercoagulable state was negative. The clinical course, biological evolution, radiological and histological findings were consistent with cytomegalovirus hepatitis complicated by a partial acute Budd-Chiari syndrome and portal thrombosis. Therapeutic anticoagulation was associated with a slow clinical improvement and partial vascular recanalization. CONCLUSION: We described in details a new association between cytomegalovirus infection and acute venous thrombosis both in the portal vein and in the right hepatic vein, realizing a partial Budd-Chiari syndrome. One should be aware that this rare thrombotic event may be complicated by partial venous outflow block.

Impact of Antiviral Preventive Strategies on the Incidence and Outcomes of Cytomegalovirus Disease in Solid Organ Transplant Recipients

We assessed the impact of antiviral prophylaxis and preemptive therapy on the incidence and outcomes of cytomegalovirus (CMV) disease in a nationwide prospective cohort of solid organ transplant recipients. Risk factors associated with CMV disease and graft failure-free survival were analyzed using Cox regression models. One thousand two hundred thirty-nine patients transplanted from May 2008 until March 2011 were included; 466 (38%) patients received CMV prophylaxis and 522 (42%) patients were managed preemptively. Overall incidence of CMV disease was 6.05% and was linked to CMV serostatus (D+/R− vs. R+, hazard ratio [HR] 5.36 [95% CI 3.14–9.14], p < 0.001). No difference in the incidence of CMV disease was observed in patients receiving antiviral prophylaxis as compared to the preemptive approach (HR 1.16 [95% CI 0.63–2.17], p = 0.63). CMV disease was not associated with a lower graft failure-free survival (HR 1.27 [95% CI 0.64–2.53], p = 0.50). Nevertheless, patients followed by the preemptive approach had an inferior graft failure-free survival after a median of 1.05 years of follow-up (HR 1.63 [95% CI 1.01–2.64], p = 0.044). The incidence of CMV disease in this cohort was low and not influenced by the preventive strategy used. However, patients on CMV prophylaxis were more likely to be free from graft failure.

Cytomegalovirus Serology and Replication Remain Associated With Solid Organ Graft Rejection and Graft Loss in the Era of Prophylactic Treatment

BACKGROUND Cytomegalovirus (CMV) replication has been associated with more risk for solid organ graft rejection. We wondered whether this association still holds when patients at risk receive prophylactic treatment for CMV. METHODS We correlated CMV infection, biopsy-proven graft rejection, and graft loss in 1,414 patients receiving heart (n=97), kidney (n=917), liver (n=237), or lung (n=163) allografts reported to the Swiss Transplant Cohort Study. RESULTS Recipients of all organs were at an increased risk for biopsy-proven graft rejection within 4 weeks after detection of CMV replication (hazard ratio [HR] after heart transplantation, 2.60; 95% confidence interval [CI], 1.34-4.94, P<0.001; HR after kidney transplantation, 1.58; 95% CI, 1.16-2.16, P=0.02; HR after liver transplantation, 2.21; 95% CI, 1.53-3.17, P<0.001; HR after lung transplantation, 5.83; 95% CI, 3.12-10.9, P<0.001. Relative hazards were comparable in patients with asymptomatic or symptomatic CMV infection. The CMV donor or recipient serological constellation also predicted the incidence of graft rejection after liver and lung transplantation, with significantly higher rates of rejection in transplants in which donor or recipient were CMV seropositive (non-D-/R-), compared with D- transplant or R- transplant (HR, 3.05; P=0.002 for liver and HR, 2.42; P=0.01 for lung transplants). Finally, graft loss occurred more frequently in non-D- or non-R- compared with D- transplant or R- transplant in all organs analyzed. Valganciclovir prophylactic treatment seemed to delay, but not prevent, graft loss in non-D- or non-R- transplants. CONCLUSION Cytomegalovirus replication and donor or recipient seroconstellation remains associated with graft rejection and graft loss in the era of prophylactic CMV treatment.

The IFNL3/4 ΔG variant increases susceptibility to cytomegalovirus retinitis among HIV-infected patients.

BACKGROUND Cytomegalovirus (CMV) retinitis is a major cause of visual impairment and blindness among patients with uncontrolled HIV infections. Whereas polymorphisms in interferon-lambda 3 (IFNL3, previously named IL28B) strongly influence the clinical course of hepatitis C, few studies examined the role of such polymorphisms in infections due to viruses other than hepatitis C virus. OBJECTIVES To analyze the association of newly identified IFNL3/4 variant rs368234815 with susceptibility to CMV-associated retinitis in a cohort of HIV-infected patients. DESIGN AND METHODS This retrospective longitudinal study included 4884 white patients from the Swiss HIV Cohort Study, among whom 1134 were at risk to develop CMV retinitis (CD4 nadir <100 /μl and positive CMV serology). The association of CMV-associated retinitis with rs368234815 was assessed by cumulative incidence curves and multivariate Cox regression models, using the estimated date of HIV infection as a starting point, with censoring at death and/or lost follow-up. RESULTS A total of 40 individuals among 1134 patients at risk developed CMV retinitis. The minor allele of rs368234815 was associated with a higher risk of CMV retinitis (log-rank test P = 0.007, recessive mode of inheritance). The association was still significant in a multivariate Cox regression model (hazard ratio 2.31, 95% confidence interval 1.09-4.92, P = 0.03), after adjustment for CD4 nadir and slope, HAART and HIV-risk groups. CONCLUSION We reported for the first time an association between an IFNL3/4 polymorphism and susceptibility to AIDS-related CMV retinitis. IFNL3/4 may influence immunity against viruses other than HCV.

Influence of IFNL3/4 polymorphisms on the incidence of cytomegalovirus infection after solid-organ transplantation

BACKGROUND  Polymorphisms in the interferon-λ (IFNL) 3/4 region have been associated with reduced hepatitis C virus clearance. We explored the role of such polymorphisms on the incidence of CMV infection in solid-organ transplant (SOT) recipients. METHODS  Caucasian patients participating in the Swiss Transplant Cohort Study in 2008-2011 were included. A novel functional TT/-G polymorphism (rs368234815) in the CpG region upstream of IFNL3 was investigated. RESULTS  A total of 840 SOT recipients at risk for CMV were included, among whom 373 (44%) received antiviral prophylaxis. The 12-months cumulative incidence of CMV replication and disease were 0.44 and 0.08, respectively. Patient homozygous for the minor rs368234815 allele (-G/-G) tended to have a higher cumulative incidence of CMV replication (SHR=1.30 [95%CI 0.97-1.74], P=0.07) compared to other patients (TT/TT or TT/-G). The association was significant among patients followed by a preemptive approach (SHR=1.46 [1.01-2.12], P=0.047), especially in patients receiving an organ from a seropositive donor (D+, SHR=1.92 [95%CI 1.30-2.85], P=0.001), but not among those who received antiviral prophylaxis (SHR=1.13 [95%CI 0.70-1.83], P=0.6). These associations remained significant in multivariate competing risk regression models. CONCLUSIONS  Polymorphisms in the IFNL3/4 region influence susceptibility to CMV replication in SOT recipients, particularly in patients not receiving antiviral prophylaxis.