Mass spectrometric identification of Varicella-Zoster Virus (VZV) proteins recognized by human T cells

Primary varicella-zoster virus (VZV) infection during childhood leads to varicella commonly known as chickenpox. After primary infection has occurred VZV establishes latency in the host. During subsequent lifetime the virus can cause reactivated infection clinically known as herpes zoster or shingles. In immunodeficient patients’ dissemination of the virus can lead to life-threatening disease. Withdrawal of acyclovir drug prophylaxis puts allogeneic hematopoietic stem-cell transplantation (HSCT) patients at increased risk for herpes zoster as long as VZV-specific cellular immunity is impaired. Although an efficient live attenuated VZV vaccine for zoster prophylaxis exists, it is not approved in immunocompromised patients due to safety reasons. Knowledge of immunogenic VZV proteins would allow designing a noninfectious nonhazardous subunit vaccine suitable for patients with immunodeficiencies. The objective of this study was to identify T cell defined virus proteins of a VZV-infected Vero cell extract that we have recently described as a reliable antigen format for interferon-gamma (IFN-γ) enzyme-linked immunosorbent spot (ELISpot) assays (Distler et al. 2008). We first separated the VZV-infected/-uninfected Vero cell extracts by size filtration and reverse-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). The collected fractions were screened for VZV reactivity with peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of VZV-seropositive healthy individuals in the sensitive IFN-γ ELISpot assay. Using this strategy, we successfully identified bioactive fractions that contained immunogenic VZV material. VZV immune reactivity was mediated by CD4+ memory T lymphocytes (T cells) of VZV-seropositive healthy individuals as demonstrated in experiments with HLA blockade antibodies and T cell subpopulations already published by Distler et al. We next analyzed the bioactive fractions with electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) techniques and identified the sequences of three VZV-derived proteins: glycoprotein E (gE); glycoprotein B (gB), and immediate early protein 62 (IE62). Complementary DNA of these identified proteins was used to generate in vitro transcribed RNA for effective expression in PBMCs by electroporation. We thereby established a reliable and convenient IFN-γ ELISPOT approach to screen PBMCs of healthy donors and HSCT patients for T cell reactivity to single full-length VZV proteins. Application in 10 VZV seropositive healthy donors demonstrated much stronger recognition of glycoproteins gE and gB compared to IE62. In addition, monitoring experiments with ex vivo PBMCs of 3 allo-HSCT patients detected strongly increased CD4+ T cell responses to gE and gB for several weeks to months after zoster onset, while IE62 reactivity remained moderate. Overall our results show for the first time that VZV glycoproteins gE and gB are major targets of the post-transplant anti-zoster CD4+ T cell response. The screening approach introduced herein may help to select VZV proteins recognized by memory CD4+ T cells for inclusion in a subunit vaccine, which can be safely used for zoster prophylaxis in immunocompromised HSCT patients.

Evaluation eines humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung

Aus der zunehmenden Prävalenz allergischer Erkrankungen vor allem in den Industrienationen ergibt sich ein erhöhter Bedarf an Grundlagenforschung im Bereich von Allergie und Asthma sowie der Entwicklung innovativer Therapiestrategien. In der vorliegenden Dissertation wurden die immundefizienten Mausstämme NOD-Scid und NOD-Scid gc als vielversprechender translationaler Schritt zwischen dem reinen Tiermodell und der Erprobung neuer Therapieansätze an Probanden in klinischen Studien beleuchtet. Im experimentellen Verlauf der Arbeit wurde ein humanisiertes Mausmodell der allergischen Atemwegsentzündung zunächst in immundefizienten NOD-Scid und darauffolgend in NOD-Scid gc Mäusen etabliert. Diese Mausstämme zeichnen sich durch das Nichtvorhandensein von B- und T-Zellen aus. Im NOD-Scid gc Stamm resultiert aus einer zusätzlichen Mutation des Gens für die gamma-Kette des IL-2 Rezeptors der Verlust von natürlichen Killerzellen (NK-Zellen), was die Immunität in diesem Stamm weiter herabsetzt und eine Humanisierung erleichtert. Die Humanisierung der Mäuse erfolgte durch die intraperitoneale Injektion von mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), die unter Anwendung der Ficoll-Dichtezentrifugation aus dem Blut von Probanden isoliert wurden. Für die Gewinnung der PBMCs wurden zum einen Asthma-Patienten mit einer hochgradigen Sensibilisierung gegen Birkenpollen herangezogen. Zum anderen wurden in Kontrollexperimenten PBMCs nicht-allergischer Probanden verwendet. Während sich für den NOD-Scid Stamm 80 Millionen PBMCs als angemessene Transferzahl erwiesen, reichten für die Rekonstitution des NOD-Scid gc Stammes 5 Millionen PBMCs aus. Eine Analyse der Tiere erfolgte 24 Tage nach Injektion der humanen Zellen. Der Transfer der PBMCs allergischer Asthmatiker führte besonders nach additiver Applikation des Birkenallergens sowie des humanen rekombinanten Zytokins IL-4 und darauffolgender nasaler allergener Provokation zu einer starken pulmonalen Entzündung in den Mäusen. Die nasale Allergenprovokation an den Tagen 20-22 nach PBMC-Transfer erwies sich für das Aufkommen der Inflammation als unbedingt erforderlich. Die nasale Provokation mit Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS) mündete in einer herabgesetzten Inflammation ohne Ausprägung einer Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), reduzierten Zellzahlen in der bronchoalveolären Lavage (BAL) sowie verminderten Frequenzen humaner Zellen in den Lungen von Versuchstieren, die mit atopischen PBMCs supplementiert mit Birkenallergen und IL-4 rekonstituiert wurden. Die Allergenabhängigkeit des etablierten Modells wurde anhand von Experimenten untermauert, die verdeutlichten, dass ein Transfer von PBMCs nicht-allergischer Probanden trotz Zugabe des Allergens und humanem IL-4 keine Atemwegsinflammation auslöste. Bei den humanen Zellen, die an Tag 24 nach Rekonstitution in den Mäusen detektiert werden konnten, handelte es sich hauptsächlich um T-Zellen. Innerhalb dieser CD3+ T-Zellen konnten CD4+ und CD8+ T-Zellen differenziert werden. Depletionsexperimente, in denen nach Gewinnung der PBMCs aus dem Blut der Probanden verschiedene T-Zellsubpopulationen (CD3+, CD4+, CD8+) eliminiert wurden, führten zu dem Befund, dass die allergische Atemwegsentzündung in dem System von humanen CD4+ T-Zellen abhängig war. Nach der Etablierung des humanisierten Mausmodells der allergischen Atemwegsentzündung wurde das System zur Analyse des suppressionsfördernden Potentials des HIV-1 - Hüllproteins gp120 genutzt. Die Applikation von gp120 führte zu einer Reduktion der Atemwegsinflammation. Dies äußerte sich in einer Aufhebung der AHR, verminderten Zellzahlen in der BAL sowie dem reduzierten Einstrom humaner T-Zellen in die Lungen der rekonstituierten Tiere. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die anti-inflammatorische Wirkung des gp120 strikt von der Anwesenheit regulatorischer T-Zellen (Tregs) innerhalb der für die Humanisierung genutzten PBMCs abhängig war. Eine Depletion der Tregs vor Transfer in die Mäuse führte zum Verlust der anti-inflammatorischen Effekte des gp120. Diese Ergebnisse sprechen für die Modulation regulatorischer T-Zellen als hoffnungsvolle Maßnahme in der Behandlung allergischer Erkrankungen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse eröffnen innovative Ansätze zur Analyse neuer Therapiestrategien in einem Testsystem, dass die Erforschung humaner Zellinteraktionen sowie die Wirkung potentieller Arzneistoffe auf humane Zellen unter in vivo Bedingungen erlaubt.

Nanoparticles for efficient uptake by human dendritic cells and T lymphocytes to be used in adoptive immunotherapy

Dendritic cells (DCs) are the most potent cell type for capture, processing, and presentation of antigens. They are able to activate naïve T cells as well as to initiate memory T-cell immune responses. T lymphocytes are key elements in eliciting cellular immunity against bacteria and viruses as well as in the generation of anti-tumor and anti-leukemia immune responses. Because of their central position in the immunological network, specific manipulations of these cell types provide promising possibilities for novel immunotherapies. Nanoparticles (NP) that have just recently been investigated for use as carriers of drugs or imaging agents, are well suited for therapeutic applications in vitro and also in vivo since they can be addressed to cells with a high target specificity upon surface functionalization. As a first prerequisite, an efficient in vitro labeling of cells with NP has to be established. In this work we developed protocols allowing an effective loading of human monocyte-derived DCs and primary antigen-specific T cells with newly designed NP without affecting biological cell functions. Polystyrene NP that have been synthesized by the miniemulsion technique contained perylenmonoimide (PMI) as a fluorochrome, allowing the rapid determination of intracellular uptake by flow cytometry. To confirm intracellular localization, NP-loaded cells were analyzed by confocal laser scanning microscopy (cLSM) and transmission electron microscopy (TEM). Functional analyses of NP-loaded cells were performed by IFN-γ ELISPOT, 51Chromium-release, and 3H-thymidine proliferation assays. In the first part of this study, we observed strong labeling of DCs with amino-functionalized NP. Even after 8 days 95% of DCs had retained nanoparticles with a median fluorescence intensity of 67% compared to day 1. NP loading did not influence expression of cell surface molecules that are specific for mature DCs (mDCs) nor did it influence the immunostimulatory capacity of mDCs. This procedure did also not impair the capability of DCs for uptake, processing and presentation of viral antigens that has not been shown before for NP in DCs. In the second part of this work, the protocol was adapted to the very different conditions with T lymphocytes. We used leukemia-, tumor-, and allo-human leukocyte antigen (HLA) reactive CD8+ or CD4+ T cells as model systems. Our data showed that amino-functionalized NP were taken up very efficiently also by T lymphocytes, which usually had a lower capacity for NP incorporation compared to other cell types. In contrast to DCs, T cells released 70-90% of incorporated NP during the first 24 h, which points to the need to escape from intracellular uptake pathways before export to the outside can occur. Preliminary data with biodegradable nanocapsules (NC) revealed that encapsulated cargo molecules could, in principle, escape from the endolysosomal compartment after loading into T lymphocytes. T cell function was not influenced by NP load at low to intermediate concentrations of 25 to 150 μg/mL. Overall, our data suggest that NP and NC are promising tools for the delivery of drugs, antigens, and other molecules into DCs and T lymphocytes.

The interaction of Leishmania major parasites with human myeloid cells and its consequence for adaptive immunity

In der vorliegenden Arbeit fokussierten wir uns auf drei verschiedene Aspekte der Leishmanien-Infektion. Wir charakterisierten den Prozess des Zelltods „Apoptose“ bei Parasiten (1), untersuchten die Eignung von Makrophagen und dendritischen Zellen als Wirtszelle für die Entwicklung der Parasiten (2) und analysierten die Konsequenzen der Infektion für die Entstehung einer adaptiven Immunantwort im humanen System. Von zentraler Bedeutung für dieses Projekt war die Hypothese, dass apoptotische Leishmanien den Autophagie-Mechanismus ihrer Wirtszellen ausnutzen, um eine T-Zell-vermittelte Abtötung der Parasiten zu vermindern.rnWir definierten eine apoptotische Leishmanien-Population, welche durch eine rundliche Morphologie und die Expression von Phosphatidylserin auf der Parasitenoberfläche charakterisiert war. Die apoptotischen Parasiten befanden sich zudem in der SubG1-Phase und wiesen weniger und fragmentierte DNA auf, welche durch TUNEL-Assay nachgewiesen werden konnte. Bei der Interaktion der Parasiten mit humanen Makrophagen und dendritischen Zellen zeigte sich, dass die anti-inflammatorischen Makrophagen anfälliger für Infektionen waren als die pro-inflammatorischen Makrophagen oder die dendritischen Zellen. Interessanterweise wurde in den dendritischen Zellen jedoch die effektivste Umwandlung zur krankheitsauslösenden, amastigoten Lebensform beobachtet. Da sowohl Makrophagen als auch dendritische Zellen zu den antigenpräsentierenden Zellen gehören, könnte dies zur Aktivierung der T-Zellen des adaptiven Immunsystems führen. Tatsächlich konnte während der Leishmanien-Infektion die Proliferation von T-Zellen beobachtet werden. Dabei stellten wir fest, dass es sich bei den proliferierenden T-Zellen um CD3+CD4+ T-Zellen handelte, welche sich überraschenderweise als Leishmanien-spezifische CD45RO+ T-Gedächtniszellen herausstellten. Dies war unerwartet, da ein vorheriger Kontakt der Spender mit Leishmanien als unwahrscheinlich gilt. In Gegenwart von apoptotischen Parasiten konnte eine signifikant schwächere T-Zell-Proliferation in Makrophagen, jedoch nicht in dendritischen Zellen beobachtet werden. Da sich die T-Zell-Proliferation negativ auf das Überleben der Parasiten auswirkt, konnten die niedrigsten Überlebensraten in dendritischen Zellen vorgefunden werden. Innerhalb der Zellen befanden sich die Parasiten in beiden Zelltypen im Phagosom, welches allerdings nur in Makrophagen den Autophagie-Marker LC3 aufwies. Chemische Induktion von Autophagie führte, ebenso wie die Anwesenheit von apoptotischen Parasiten, zu einer stark reduzierten T-Zell-Proliferation und dementsprechend zu einem höheren Überleben der Parasiten.rnZusammenfassend lässt sich aus unseren Daten schließen, dass Apoptose in Einzellern vorkommt. Während der Infektion können sowohl Makrophagen, als auch dendritische Zellen mit Leishmanien infiziert und das adaptive Immunsystem aktivert werden. Die eingeleitete T-Zell-Proliferation nach Infektion von Makrophagen ist in Gegenwart von apoptotischen Parasiten reduziert, weshalb sie im Vergleich zu dendritischen Zellen die geeigneteren Wirtszellen für Leishmanien darstellen. Dafür missbrauchen die Parasiten den Autophagie-Mechanismus der Makrophagen als Fluchtstrategie um das adaptive Immunsystem zu umgehen und somit das Überleben der Gesamtpopulation zu sichern. Diese Ergebnisse erklären den Vorteil von Apoptose in Einzellern und verdeutlichen, dass der Autophagie-Mechanismus als potentielles therapeutisches Ziel für die Behandlung von Leishmaniose dienen kann.rn

Individualisierte Krebstherapie : präklinischer „proof of concept“ einer mutationsspezifischen Immuntherapie

Da nicht-synonyme tumorspezifische Punktmutationen nur in malignen Geweben vorkommen und das veränderte Proteinprodukt vom Immunsystem als „fremd“ erkannt werden kann, stellen diese einen bisher ungenutzten Pool von Zielstrukturen für die Immuntherapie dar. Menschliche Tumore können individuell bis zu tausenden nicht-synonymer Punktmutationen in ihrem Genom tragen, welche nicht der zentralen Immuntoleranz unterliegen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Hypothese zu untersuchen, dass das Immunsystem in der Lage sein sollte, mutierte Epitope auf Tumorzellen zu erkennen und zu klären, ob auf dieser Basis eine wirksame mRNA (RNA) basierte anti-tumorale Vakzinierung etabliert werden kann. Hierzu wurde von Ugur Sahin und Kollegen, das gesamte Genom des murinen B16-F10 Melanoms sequenziert und bioinformatisch analysiert. Im Rahmen der NGS Sequenzierung wurden mehr als 500 nicht-synonyme Punktmutationen identifiziert, von welchen 50 Mutationen selektiert und durch Sanger Sequenzierung validiert wurden. rnNach der Etablierung des immunologischen Testsysteme war eine Hauptfragestellung dieser Arbeit, die selektierten nicht-synonyme Punktmutationen in einem in vivo Ansatz systematisch auf Antigenität zu testen. Für diese Studien wurden mutierte Sequenzen in einer Länge von 27 Aminosäuren genutzt, in denen die mutierte Aminosäure zentral positioniert war. Durch die Länge der Peptide können prinzipiell alle möglichen MHC Klasse-I und -II Epitope abgedeckt werden, welche die Mutation enthalten. Eine Grundidee des Projektes Ansatzes ist es, einen auf in vitro transkribierter RNA basierten oligotopen Impfstoff zu entwickeln. Daher wurden die Impfungen naiver Mäuse sowohl mit langen Peptiden, als auch in einem unabhängigen Ansatz mit peptidkodierender RNA durchgeführt. Die Immunphänotypisierung der Impfstoff induzierten T-Zellen zeigte, dass insgesamt 16 der 50 (32%) mutierten Sequenzen eine T-Zellreaktivität induzierten. rnDie Verwendung der vorhergesagten Epitope in therapeutischen Vakzinierungsstudien bestätigten die Hypothese das mutierte Neo-Epitope potente Zielstrukturen einer anti-tumoralen Impftherapie darstellen können. So wurde in therapeutischen Tumorstudien gezeigt, dass auf Basis von RNA 9 von 12 bestätigten Epitopen einen anti-tumoralen Effekt zeigte.rnÜberaschenderweise wurde bei einem MHC Klasse-II restringierten mutiertem Epitop (Mut-30) sowohl in einem subkutanen, als auch in einem unabhängigen therapeutischen Lungenmetastasen Modell ein starker anti-tumoraler Effekt auf B16-F10 beobachtet, der dieses Epitop als neues immundominantes Epitop für das B16-F10 Melanom etabliert. Um den immunologischen Mechanismus hinter diesem Effekt näher zu untersuchen wurde in verschieden Experimenten die Rolle von CD4+, CD8+ sowie NK-Zellen zu verschieden Zeitpunkten der Tumorentwicklung untersucht. Die Analyse des Tumorgewebes ergab, eine signifikante erhöhte Frequenz von NK-Zellen in den mit Mut-30 RNA vakzinierten Tieren. Das NK Zellen in der frühen Phase der Therapie eine entscheidende Rolle spielen wurde anhand von Depletionsstudien bestätigt. Daran anschließend wurde gezeigt, dass im fortgeschrittenen Tumorstadium die NK Zellen keinen weiteren relevanten Beitrag zum anti-tumoralen Effekt der RNA Vakzinierung leisten, sondern die Vakzine induzierte adaptive Immunantwort. Durch die Isolierung von Lymphozyten aus dem Tumorgewebe und deren Einsatz als Effektorzellen im IFN-γ ELISPOT wurde nachgewiesen, dass Mut-30 spezifische T-Zellen das Tumorgewebe infiltrieren und dort u.a. IFN-γ sekretieren. Dass diese spezifische IFN-γ Ausschüttung für den beobachteten antitumoralen Effekt eine zentrale Rolle einnimmt wurde unter der Verwendung von IFN-γ -/- K.O. Mäusen bestätigt.rnDas Konzept der individuellen RNA basierten mutationsspezifischen Vakzine sieht vor, nicht nur mit einem mutations-spezifischen Epitop, sondern mit mehreren RNA-kodierten Mutationen Patienten zu impfen um der Entstehung von „escape“-Mutanten entgegenzuwirken. Da es nur Erfahrung mit der Herstellung und Verabreichung von Monotop-RNA gab, also RNA die für ein Epitop kodiert, war eine wichtige Fragestellungen, inwieweit Oligotope, welche die mutierten Sequenzen sequentiell durch Linker verbunden als Fusionsprotein kodieren, Immunantworten induzieren können. Hierzu wurden Pentatope mit variierender Position des einzelnen Epitopes hinsichtlich ihrer in vivo induzierten T-Zellreaktivitäten charakterisiert. Die Experimente zeigten, dass es möglich ist, unabhängig von der Position im Pentatop eine Immunantwort gegen ein Epitop zu induzieren. Des weiteren wurde beobachtet, dass die induzierten T-Zellfrequenzen nach Pentatop Vakzinierung im Vergleich zur Nutzung von Monotopen signifikant gesteigert werden kann.rnZusammenfassend wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit präklinisch erstmalig nachgewiesen, dass nicht-synonyme Mutationen eine numerisch relevante Quelle von Zielstrukturen für die anti-tumorale Immuntherapie darstellen. Überraschenderweise zeigte sich eine dominante Induktion MHC-II restringierter Immunantworten, welche partiell in der Lage waren massive Tumorabstoßungsreaktionen zu induzieren. Im Sinne einer Translation der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein RNA basiertes Oligotop-Format etabliert, welches Eingang in die klinische Testung des Konzeptes fand.rn

Expression of human cathepsin L or human cathepsin V in mouse thymus mediates positive selection of T helper cells in cathepsin L knock-out mice

A genetic deficiency of the cysteine protease cathepsin L (Ctsl) in mice results in impaired positive selection of conventional CD4+ T helper cells as a result of an incomplete processing of the MHC class II associated invariant chain or incomplete proteolytic generation of positively selecting peptide ligands. The human genome encodes, in contrast to the mouse genome, for two cathepsin L proteases, namely cathepsin L (CTSL) and cathepsin V (CTSV; alternatively cathepsin L2). In the human thymic cortex, CTSV is the predominately expressed protease as compared to CTSL or other cysteine cathepsins. In order to analyze the functions of CTSL and CTSV in the positive selection of CD4+ T cells we employed Ctsl knock-out mice crossed either with transgenic mice expressing CTSL under the control of its genuine human promoter or with transgenic mice expressing CTSV under the control of the keratin 14 (K14) promoter, which drives expression to the cortical epithelium. Both human proteases are expressed in the thymus of the transgenic mice, and independent expression of both CTSL and CTSV rescues the reduced frequency of CD4+ T cells in Ctsl-deficient mice. Moreover, the expression of the human cathepsins does not change the number of CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells, but the normalization of the frequency of conventional CD4+ T cell in the transgenic mice results in a rebalancing of conventional T cells and regulatory T cells. We conclude that the functional differences of CTSL and CTSV in vivo are not mainly determined by their inherent biochemical properties, but rather by their tissue specific expression pattern.

Endogenous estrogens, through estrogen receptor , constrain autoimmune inflammation in female mice by limiting CD4(+) T-cell homing into the CNS

Sex hormones influence immune responses and the development of autoimmune diseases including MS and its animal model, EAE. Although it has been previously reported that ovariectomy could worsen EAE, the mechanisms implicated in the protective action of endogenous ovarian hormones have not been addressed. In this report, we now show that endogenous estrogens limit EAE development and CNS inflammation in adult female mice through estrogen receptor expression in the host non-hematopoietic tissues. We provide evidence that the enhancing effect of gonadectomy on EAE development was due to quantitative rather than qualitative changes in effector Th1 or Th17 cell recruitment into the CNS. Consistent with this observation, adoptive transfer of myelin oligodendrocyte glycoprotein-specific encephalitogenic CD4(+) T lymphocytes induced more severe EAE in ovariectomized mice as compared to normal female mice. Finally, we show that gonadectomy accelerated the early recruitment of inflammatory cells into the CNS upon adoptive transfer of encephalitogenic CD4(+) T cells. Altogether, these data show that endogenous estrogens, through estrogen receptor , exert a protective effect on EAE by limiting the recruitment of blood-derived inflammatory cells into the CNS.

Intraperitoneal Echinococcus multilocularis infection in mice modulates peritoneal CD4+ and CD8+ regulatory T cell development

Intraperitoneal proliferation of the metacestode stage of Echinococcus multilocularis in experimentally infected mice is followed by an impaired host immune response favoring parasite survival. We here demonstrate that infection in chronically infected mice was associated with a 3-fold increase of the percentages of CD4+ and CD8+ peritoneal T (pT) cells compared to uninfected controls. pT cells of infected mice expressed high levels of IL-4 mRNA, while only low amounts of IFN-gamma mRNA were detected, suggesting that a Th2-biased immune response predominated the late stage of disease. Peritoneal dendritic cells from infected mice (AE-pDCs) expressed high levels of TGF-beta mRNA and very low levels of IL-10 and IL-12 (p40) mRNA, and the expression of surface markers for DC-maturation such as MHC class II (Ia) molecules, CD80, CD86 and CD40 was down-regulated. In contrast to pDCs from non-infected mice, AE-pDCs did not enhance Concanavalin A (ConA)-induced proliferation when added to CD4+ pT and CD8+ pT cells of infected and non-infected mice, respectively. In addition, in the presence of a constant number of pDCs from non-infected mice, the proliferation of CD4+ pT cells obtained from infected animals to stimulation with ConA was lower when compared to the responses of CD4+ pT cells obtained from non-infected mice. This indicated that regulatory T cells (Treg) may interfere in the complex immunological host response to infection. Indeed, a subpopulation of regulatory CD4+ CD25+ pT cells isolated from E. multilocularis-infected mice reduced ConA-driven proliferation of CD4+ pT cells. The high expression levels of Foxp3 mRNA by CD4+ and CD8+ pT cells suggested that subpopulations of regulatory CD4+ Foxp3+ and CD8+ Foxp3+ T cells were involved in modulating the immune responses within the peritoneal cavity of E. multilocularis-infected mice.

Cathepsin S dominates autoantigen processing in human thymic dendritic cells

The interaction of developing thymocytes with peptide-MHC complexes on thymic antigen presenting cells (APC) is crucial for T cell development, both for positive selection of "useful" thymocytes as well as negative selection of autoreactive thymocytes to prevent autoimmunity. The peptides presented on MHC II molecules are generated by lysosomal proteases such as the cathepsins. At the same time, lysosomal proteases will also destroy other potential T cell epitopes from self-antigens. This will lead to a lack of presentation on negatively selecting thymic antigen presenting cells and consequently, escape of autoreactive T cells recognizing these epitopes. In order to understand the processes that govern generation or destruction of self-epitopes in thymic APC, we studied the antigen processing machinery and epitope processing in the human thymus. We find that each type of thymic APC expresses a different signature of lysosomal proteases, providing indirect evidence that positive and negative selection of CD4(+) T cells might occur on different sets of peptides, in analogy to what has been proposed for CD8(+) T cells. We also find that myeloid dendritic cells (DC) are more efficient in processing autoantigen than plasmacytoid DC. In addition, we observed that cathepsin S plays a central role in processing of the autoantigens myelin basic protein and proinsulin in thymic dendritic cells. Cathepsin S destroyed a number of known T cell epitopes, which would be expected to result in lack of presentation and consequently, escape of autoreactive T cells. Cathepsin S therefore appears to be an important factor that influences selection of autoreactive T cells.

Long-lasting reactivity and high frequency of drug-specific T cells after severe systemic drug hypersensitivity reactions

BACKGROUND: Drug-reactive T cells are involved in most drug-induced hypersensitivity reactions. The frequency of such cells in peripheral blood of patients with drug allergy after remission is unclear. OBJECTIVE: We determined the frequency of drug-reactive T cells in the peripheral blood of patients 4 months to 12 years after severe delayed-type drug hypersensitivity reactions, and whether the frequency of these cell differs from the frequency of tetanus toxoid-reactive T cells. METHODS: We analyzed 5 patients with delayed-type drug hypersensitivity reactions, applying 2 methods: quantification of cytokine-secreting T cells by enzyme-linked immunospot (ELISpot), and fluorescent dye 5,6-carboxylfluorescein diacetate succinimidyl ester (CFSE) intensity distribution analysis of drug-reactive T cells. RESULTS: Frequencies found were between 0.02% and 0.4% of CD4(+) T cells reacting to the respective drugs measured by CFSE analysis, and between 0.01% and 0.08% of T cells as determined by ELISpot. Reactivity was seen neither to drugs to which the patients were not sensitized nor in healthy individuals after stimulation with any of the drugs used. CONCLUSION: About 1:250 to 1:10,000 of T cells of patients with drug allergy are reactive to the relevant drugs. This frequency of drug-reactive T cells is higher than the frequency of T cells able to recognize recall antigens like tetanus toxoid in the same subjects. A substantial frequency could be observed as long as 12 years later in 1 patient even after strict drug avoidance. Patients with severe delayed drug hypersensitivity reactions are therefore potentially prone to react again to the incriminated drug even years after strict drug avoidance.

Disseminated and sustained HIV infection in CD34+ cord blood cell-transplanted Rag2-/-gamma c-/- mice

Because of species selectivity, HIV research is largely restricted to in vitro or clinical studies, both limited in their ability to rapidly assess new strategies to fight the virus. To prospectively study some aspects of HIV in vivo, immunodeficient mice, transplanted with either human peripheral blood leukocytes or human fetal tissues, have been developed. Although these are susceptible to HIV infection, xenoreactivity, and short infection spans, resource and ethical constraints, as well as biased HIV coreceptor tropic strain infection, pose substantial problems in their use. Rag2(-/-)gamma(c)(-/-) mice, transplanted as newborns with human CD34(+) cells, were recently shown to develop human B, T, and dendritic cells, constituting lymphoid organs in situ. Here we tested these mice as a model system for HIV-1 infection. HIV RNA levels peaked to up to 2 x 10(6) copies per milliliter of plasma early after infection, and viremia was observed for up to 190 days, the longest time followed. A marked relative CD4(+) T cell depletion in peripheral blood occurred in CXCR4-tropic strain-infected mice, whereas this was less pronounced in CCR5-tropic strain-infected animals. Thymus infection was almost exclusively observed in CXCR4-tropic strain-infected mice, whereas spleen and lymph node HIV infection occurred irrespective of coreceptor selectivity, consistent with respective coreceptor expression on human CD4(+) T cells. Thus, this straightforward to generate and cost-effective in vivo model closely resembles HIV infection in man and therefore should be valuable to study virus-induced pathology and to rapidly evaluate new approaches aiming to prevent or treat HIV infection.

Antagonistic and synergistic effects of glucocorticoids and IL-7 on CD4+ T cell activation

Glucocorticoids (GCs) are steroidal compounds widely used to treat chronic and acute inflammatory diseases. In particular, GCs at pharmacological doses induce apoptosis of activated and naïve T cells, inhibit their proliferation and block pro-inflammatory cytokine secretion. At physiological concentrations, the effect of these steroids on T cell immunity are not yet fully understood, and various studies reported paradoxical roles exerted by GCs on T cell immunity. Here, we show that GCs surprisingly induce proliferation of activated CD4(+) T cells in the presence of IL-7, a cytokine secreted in the thymus and at mucosal sites. Increased proliferation is dependent on a GC-mediated survival of mitotic cells. Moreover, we observe a downmodulation of Th1 cytokine secretion in cells treated with GCs, an outcome which is not affected by the presence of IL-7. GCs exert thus a positive role in the presence of IL-7 by enhancing proliferation of CD4(+) T cells and simultaneously a negative role by suppressing pro-inflammatory cytokine production.

CD4+ T cell help improves CD8+ T cell memory by retained CD27 expression

CD4+ T cell help during the priming of CD8+ T lymphocytes imprints the capacity for optimal secondary expansion upon re-encounter with antigen. Helped memory CD8+ T cells rapidly expand in response to a secondary antigen exposure, even in the absence of T cell help and, are most efficient in protection against a re-infection. In contrast, helpless memory CTL can mediate effector function, but secondary expansion is reduced. How CD4+ T cells instruct CD8+ memory T cells during priming to undergo efficient secondary expansion has not been resolved in detail. Here, we show that memory CTL after infection with lymphocytic choriomeningitis virus are CD27(high) whereas memory CTL primed in the absence of CD4+ T cell have a reduced expression of CD27. Helpless memory CTL produced low amounts of IL-2 and did not efficiently expand after restimulation with peptide in vitro. Blocking experiments with monoclonal antibodies and the use of CD27(-/-) memory CTL revealed that CD27 ligation during restimulation increased autocrine IL-2 production and secondary expansion. Therefore, regulating CD27 expression on memory CTL is a novel mechanism how CD4+ T cells control CTL memory.

Using distinct molecular signatures of human monocytes and dendritic cells to predict adjuvant activity and pyrogenicity of TLR agonists

We present a systematic study that defines molecular profiles of adjuvanticity and pyrogenicity induced by agonists of human Toll-like receptor molecules in vitro. Using P(3)CSK(4), Lipid A and Poly I:C as model adjuvants we show that all three molecules enhance the expansion of IFNgamma(+)/CD4(+) T cells from their naïve precursors following priming with allogeneic DC in vitro. In contrast, co-culture of naive CD4(+) T cells with allogeneic monocytes and TLR2/TLR4 agonists only resulted in enhanced T cell proliferation. Distinct APC molecular signatures in response to each TLR agonist underline the dual effect observed on T cell responses. Using protein and gene expression assays, we show that TNF-alpha and CXCL10 represent DC-restricted molecular signatures of TLR2/TLR4 and TLR3 activation, respectively, in sharp contrast to IL-6 produced by monocytes upon stimulation with P(3)CSK(4) and Lipid A. Furthermore, although all TLR agonists are able to up-regulate proIL-1beta specific gene in both cell types, only monocyte activation with Lipid A results in detectable IL-1beta release. These molecular profiles, provide a simple screen to select new immune enhancers of human Th1 responses suitable for clinical application.

CD4+ T cell count recovery in HIV type 1-infected patients is independent of class of antiretroviral therapy

BACKGROUND: In recent years, treatment options for human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection have changed from nonboosted protease inhibitors (PIs) to nonnucleoside reverse-transcriptase inhibitors (NNRTIs) and boosted PI-based antiretroviral drug regimens, but the impact on immunological recovery remains uncertain. METHODS: During January 1996 through December 2004 [corrected] all patients in the Swiss HIV Cohort were included if they received the first combination antiretroviral therapy (cART) and had known baseline CD4(+) T cell counts and HIV-1 RNA values (n = 3293). For follow-up, we used the Swiss HIV Cohort Study database update of May 2007 [corrected] The mean (+/-SD) duration of follow-up was 26.8 +/- 20.5 months. The follow-up time was limited to the duration of the first cART. CD4(+) T cell recovery was analyzed in 3 different treatment groups: nonboosted PI, NNRTI, or boosted PI. The end point was the absolute increase of CD4(+) T cell count in the 3 treatment groups after the initiation of cART. RESULTS: Two thousand five hundred ninety individuals (78.7%) initiated a nonboosted-PI regimen, 452 (13.7%) initiated an NNRTI regimen, and 251 (7.6%) initiated a boosted-PI regimen. Absolute CD4(+) T cell count increases at 48 months were as follows: in the nonboosted-PI group, from 210 to 520 cells/muL; in the NNRTI group, from 220 to 475 cells/muL; and in the boosted-PI group, from 168 to 511 cells/muL. In a multivariate analysis, the treatment group did not affect the response of CD4(+) T cells; however, increased age, pretreatment with nucleoside reverse-transcriptase inhibitors, serological tests positive for hepatitis C virus, Centers for Disease Control and Prevention stage C infection, lower baseline CD4(+) T cell count, and lower baseline HIV-1 RNA level were risk factors for smaller increases in CD4(+) T cell count. CONCLUSION: CD4(+) T cell recovery was similar in patients receiving nonboosted PI-, NNRTI-, and boosted PI-based cART.