MHC class II hierarchy of superantigen presentation predicts efficiency of infection with mouse mammary tumor virus.

Superantigens (SAgs) encoded by infectious mouse mammary tumor viruses (MMTVs) play a crucial role in the viral life cycle. Their expression by infected B cells induces a proliferative immune response by SAg-reactive T cells which amplifies MMTV infection. This response most likely ensures stable MMTV infection and transmission to the mammary gland. Since T cell reactivity to SAgs from endogenous Mtv loci depends on MHC class II molecules expressed by B cells, we have determined the ability of MMTV to infect various MHC congenic mice. We show that MHC class II I-E+ compared with I-E- mouse strains show higher levels of MMTV infection, most likely due to their ability to induce a vigorous SAg-dependent immune response following MMTV encounter. Inefficient infection is observed in MHC class II I-E- mice, which have been shown to present endogenous SAgs poorly. Therefore, during MMTV infection the differential ability of MHC class II molecules to form a functional complex with SAg determines the magnitude of the proliferative response of SAg-reactive T cells. This in turn influences the degree of T cell help provided to infected B cells and therefore the efficiency of amplification of MMTV infection.

Persistent association of nailfold capillaroscopy changes and skin involvement over thirty-six months with duration of untreated disease in patients with juvenile dermatomyositis.

OBJECTIVE: To determine the association of changes on nailfold capillaroscopy with clinical findings and genotype in children with juvenile dermatomyositis (DM), in order to identify potential differences in disease course over 36 months. METHODS: At diagnosis of juvenile DM in 61 children prior to the initiation of treatment, tumor necrosis factor alpha (TNFalpha) -308 allele and DQA1*0501 status was determined, juvenile DM Disease Activity Scores (DAS) were obtained, and nailfold capillaroscopy was performed. The disease course was monitored for 36 months. Variations within and between patients were assessed by regression analysis. RESULTS: At diagnosis, shorter duration of untreated disease (P = 0.05) and a lower juvenile DM skin DAS (P = 0.035) were associated with a unicyclic disease course. Over 36 months, end-row loop (ERL) regeneration was associated with lower skin DAS (P < 0.001) but not muscle DAS (P = 0.98); ERL regeneration and decreased bushy loops were associated with a shorter duration of untreated disease (P = 0.04 for both). At 36 months, increased ERL regeneration (P = 0.007) and improvement of skin DAS (P < 0.001) and muscle DAS (P = 0.025) were associated with a unicyclic disease course. CONCLUSION: Early treatment of juvenile DM may lead to a unicyclic disease course. The non-unicyclic disease course usually involves continuing skin manifestations with persistent nailfold capillaroscopy changes. The correlation of nailfold capillaroscopy results with cutaneous but not with musculoskeletal signs of juvenile DM over a 36-month period suggests that the cutaneous and muscle vasculopathies have different pathophysiologic mechanisms. These findings indicate that efforts to identify the optimal treatment of cutaneous features in juvenile DM require greater attention.

Proteasomal cleavage does not determine immunogenicity of gp100-derived peptides gp100 209-217 and gp100 209-217T210M.

Immune responses against tumor-associated antigens rely on efficient epitope presentation. The melanoma-associated antigen (Ag) gp100 contains HLA-A*0201 ligands that are characterized by low to medium binding affinity, among which gp100(209-217) is the most prominent (Kawakami et al., J Immunol 154:3961-3968, 1995). While this epitope is a natural T-cell target, it primes with low-efficiency T-cell responses during immunization. A modified gp100 epitope, gp100(209-217T210M), that contains a Thr to Met substitution at position 2 of the antigenic nonamer is characterized by high binding affinity for HLA-A*0201 and elicits strong and clinically effective T-cell responses. This higher affinity is believed to represent the sole reason for enhanced immunogenicity. Contrasting with this observation is the unpredictable relationship between affinity and immunogenicity observed in other antigen systems. In addition, we noted a striking difference between the capability of endogenously processed gp100(209-217) and gp100(209-217T210M) to induce T-cell responses in an in vitro model. Therefore, we questioned whether factors other than HLA-affinity might play a role in determining the immunogenicity of these epitopes. In the present study, we evaluated the in vitro proteasomal cleavages of 23meric precursor peptides encompassing the native sequence (gp100(201-223)) or the modified sequence (gp100(201-223T210M)). Here we show that the standard proteasome liberates the C-termini of both antigenic peptides but not the N-termini. Quantitative analysis of the digestion products revealed that more of the fragments displaying the final C-termini were produced from the wild-type precursor. However, a stronger TCR engagement was observed when fractions of digested gp100(201-223T210M) were used to activate an HLA-A*0201-expressing target T-cell clone. This difference was also found using separately produced, synthetic nonamers. In conclusion, the high binding affinity of gp100(209-217T210M) seems to compensate for possible differences in proteasomal cleavage at the biological level. Since the final antigenic nonamer is not directly produced by the proteasome, additional further factors may influence the antigenic peptide availability, such as post-proteasomal processing and intracellular peptide transport.

T and B lymphocytes exert distinct effects on the homeostasis of NK cells.

There is growing evidence that lymphocytes impact the development and/or function of other lymphocyte populations. Based on such observations we have tested whether the NK cell compartment was phenotypically and functionally altered in the absence of B and/or T cells. Here we show that T cell deficiency significantly accelerates BM NK cell production and the subsequent seeding of splenic and liver NK cell compartments. In contrast, B cell deficiency reduces splenic NK cell survival. In the absence of T and B cells, the size of the NK cell compartments is determined by the combination of these positive and negative effects. Even though NK cell homeostasis is significantly altered, NK cells from T and/or B cell-deficient mice show a normal capacity to kill a susceptible target cell line and to produce IFN. Nevertheless, we noted that the usage of MHC class I-specific Ly49 family receptors was significantly altered in the absence of T and/or B cells. In general, B cell deficiency expanded Ly49 receptor usage, while T cell deficiency exerted both positive and negative effects. These findings show that B and T cells significantly and differentially influence the homeostasis and the phenotype of NK cells.

Low TCR avidity and lack of tumor cell recognition in CD8(+) T cells primed with the CEA-analogue CAP1-6D peptide.

The use of "altered peptide ligands" (APL), epitopes designed for exerting increased immunogenicity as compared with native determinants, represents nowadays one of the most utilized strategies for overcoming immune tolerance to self-antigens and boosting anti-tumor T cell-mediated immune responses. However, the actual ability of APL-primed T cells to cross-recognize natural epitopes expressed by tumor cells remains a crucial concern. In the present study, we show that CAP1-6D, a superagonist analogue of a carcinoembriyonic antigen (CEA)-derived HLA-A*0201-restricted epitope widely used in clinical setting, reproducibly promotes the generation of low-affinity CD8(+) T cells lacking the ability to recognized CEA-expressing colorectal carcinoma (CRC) cells. Short-term T cell cultures, obtained by priming peripheral blood mononuclear cells from HLA-A*0201(+) healthy donors or CRC patients with CAP1-6D, were indeed found to heterogeneously cross-react with saturating concentrations of the native peptide CAP1, but to fail constantly lysing or recognizing through IFN- gamma release CEA(+)CRC cells. Characterization of anti-CAP1-6D T cell avidity, gained through peptide titration, CD8-dependency assay, and staining with mutated tetramers (D227K/T228A), revealed that anti-CAP1-6D T cells exerted a differential interaction with the two CEA epitopes, i.e., displaying high affinity/CD8-independency toward the APL and low affinity/CD8-dependency toward the native CAP1 peptide. Our data demonstrate that the efficient detection of self-antigen expressed by tumors could be a feature of high avidity CD8-independent T cells, and underline the need for extensive analysis of tumor cross-recognition prior to any clinical usage of APL as anti-cancer vaccines.

An allele-specific, stochastic gene expression process controls the expression of multiple Ly49 family genes and generates a diverse, MHC-specific NK cell receptor repertoire.

Mouse NK cells express MHC class I-specific inhibitory Ly49 receptors. Since these receptors display distinct ligand specificities and are clonally distributed, their expression generates a diverse NK cell receptor repertoire specific for MHC class I molecules. We have previously found that the Dd (or Dk)-specific Ly49A receptor is usually expressed from a single allele. However, a small fraction of short-term NK cell clones expressed both Ly49A alleles, suggesting that the two Ly49A alleles are independently and randomly expressed. Here we show that the genes for two additional Ly49 receptors (Ly49C and Ly49G2) are also expressed in a (predominantly) mono-allelic fashion. Since single NK cells can co-express multiple Ly49 receptors, we also investigated whether mono-allelic expression from within the tightly linked Ly49 gene cluster is coordinate or independent. Our clonal analysis suggests that the expression of alleles of distinct Ly49 genes is not coordinate. Thus Ly49 alleles are apparently independently and randomly chosen for stable expression, a process that directly restricts the number of Ly49 receptors expressed per single NK cell. We propose that the Ly49 receptor repertoire specific for MHC class I is generated by an allele-specific, stochastic gene expression process that acts on the entire Ly49 gene cluster.

Peptide-antibody conjugates for tumour therapy: a MHC-class-II-restricted tetanus toxin peptide coupled to an anti-Ig light chain antibody can induce cytotoxic lysis of a human B-cell lymphoma by specific CD4 T cells.

Anti-idiotype antibody therapy of B-cell lymphomas, despite numerous promising experimental and clinical studies, has so far met with limited success. Tailor-made monoclonal anti-idiotype antibodies have been injected into a large series of lymphoma patients, with a few impressive complete tumour remissions but a large majority of negative responses. The results presented here suggest that, by coupling to antilymphoma idiotype antibodies a few molecules of the tetanus toxin universal epitope peptide P2 (830-843), one could markedly increase the efficiency of this therapy. We show that after 2-hr incubation with conjugates consisting of the tetanus toxin peptide P2 coupled by an S-S bridge to monoclonal antibodies directed to the lambda light chain of human immunoglobulin, human B-lymphoma cells can be specifically lysed by a CD4 T-lymphocyte clone specific for the P2 peptide. Antibody without peptide did not induce B-cell killing by the CD4 T-lymphocyte clone. The free cysteine-peptide was also able to induce lysis of the B-lymphoma target by the T-lymphocyte clone, but at a molar concentration 500 to 1000 times higher than that of the coupled peptide. Proliferation assays confirmed that the antibody-peptide conjugate was antigenically active at a much lower concentration than the free peptide. They also showed that antibody-peptide conjugates required an intact processing function of the B cell for peptide presentation, which could be selectively inhibited by leupeptin and chloroquine.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Melan-A/MART-1-specific CD4 T cells in melanoma patients: identification of new epitopes and ex vivo visualization of specific T cells by MHC class II tetramers.

Over the past decade, many efforts have been made to identify MHC class II-restricted epitopes from different tumor-associated Ags. Melan-A/MART-1(26-35) parental or Melan-A/MART-1(26-35(A27L)) analog epitopes have been widely used in melanoma immunotherapy to induce and boost CTL responses, but only one Th epitope is currently known (Melan-A51-73, DRB1*0401 restricted). In this study, we describe two novel Melan-A/MART-1-derived sequences recognized by CD4 T cells from melanoma patients. These epitopes can be mimicked by peptides Melan-A27-40 presented by HLA-DRB1*0101 and HLA-DRB1*0102 and Melan-A25-36 presented by HLA-DQB1*0602 and HLA-DRB1*0301. CD4 T cell clones specific for these epitopes recognize Melan-A/MART-1+ tumor cells and Melan-A/MART-1-transduced EBV-B cells and recognition is reduced by inhibitors of the MHC class II presentation pathway. This suggests that the epitopes are naturally processed and presented by EBV-B cells and melanoma cells. Moreover, Melan-A-specific Abs could be detected in the serum of patients with measurable CD4 T cell responses specific for Melan-A/MART-1. Interestingly, even the short Melan-A/MART-1(26-35(A27L)) peptide was recognized by CD4 T cells from HLA-DQ6+ and HLA-DR3+ melanoma patients. Using Melan-A/MART-1(25-36)/DQ6 tetramers, we could detect Ag-specific CD4 T cells directly ex vivo in circulating lymphocytes of a melanoma patient. Together, these results provide the basis for monitoring of naturally occurring and vaccine-induced Melan-A/MART-1-specific CD4 T cell responses, allowing precise and ex vivo characterization of responding T cells.

Allorestricted T lymphocytes with a high avidity T-cell receptor towards NY-ESO-1 have potent anti-tumor activity.

The cancer-testis antigen NY-ESO-1 has been targeted as a tumor-associated antigen by immunotherapeutical strategies, such as cancer vaccines. The prerequisite for a T-cell-based therapy is the induction of T cells capable of recognizing the NY-ESO-1-expressing tumor cells. In this study, we generated human T lymphocytes directed against the immunodominant NY-ESO-1(157-165) epitope known to be naturally presented with HLA-A*0201. We succeeded to isolate autorestricted and allorestricted T lymphocytes with low, intermediate or high avidity TCRs against the NY-ESO-1 peptide. The avidity of the established CTL populations correlated with their capacity of lysing HLA-A2-positive, NY-ESO-1-expressing tumor cell lines derived from different origins, e.g. melanoma and myeloma. The allorestricted NY-ESO-1-specific T lymphocytes displayed TCRs with the highest avidity and best anti-tumor recognition activity. TCRs derived from allorestricted, NY-ESO-1-specific T cells may be useful reagents for redirecting primary T cells by TCR gene transfer and, therefore, may facilitate the development of adoptive transfer regimens based on TCR-transduced T cells for the treatment of NY-ESO-1-expressing hematological malignancies and solid tumors.

Nonclassical NK cell education.

Diseased host cells are eliminated more effectively when natural killer cells grow up in the presence of classical major histocompatibility complex (MHC) class I molecules. The nonclassical MHC class I molecule H2-M3 can exert an analogous effect.

Étude du polymorphisme du gène majeur d’histocompatibilité de classe IIb (MHIIb) chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis)

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes.

Identification des peptides du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I par spectrométrie de masse

L’immunité adaptive et la discrimination entre le soi et le non-soi chez les vertébrés à mâchoire reposent sur la présentation de peptides par les récepteurs d’histocompatibilité majeur de classe I. Les peptides antigéniques, présentés par les molécules du complexe d’histocompatibilité (CMH), sont scrutés par les lymphocytes T CD8 pour une réponse immunitaire appropriée. Le répertoire des peptides du CMH de classe I, aussi appelé immunopeptidome, est généré par la dégradation protéosomale des protéines endogènes, et a un rôle essentiel dans la régulation de l’immunité cellulaire. La composition de l’immunopeptidome dépend du type de cellule et peut présenter des caractéristiques liées à des maladies comme le cancer. Les peptides antigéniques peuvent être utilisés à des fins immunothérapeutiques notamment dans le traitement voire la prévention de certains cancers. La spectrométrie de masse est un outil de choix pour l’identification, le séquençage et la caractérisation de ces peptides. Cependant, la composition en acides aminés, la faible abondance et la diversité de ces peptides compliquent leur détection et leur séquençage. Nous avons développé un programme appelé StatPeaks qui permet de calculer un certains nombres de statistiques relatives à la fragmentation des peptides. À l’aide de ce programme, nous montrons sans équivoque que les peptides du CMH classe I, en mode de fragmentation par dissociation induite par collision (CID), fragmentent très différemment des peptides trypsiques communément utilisés en protéomique. Néanmoins, la fragmentation par décomposition induite par collision à plus haute énergie (HCD) proposée par le spectromètre LTQ-Orbitrap Velos améliore la fragmentation et fournit une haute résolution qui permet d’obtenir une meilleure confiance dans l’identification des peptides du CMH de classe I. Cet avantage permet d’effectuer le séquençage de novo pour identifier les variants polymorphes qui ne sont normalement pas identifiés par les recherches utilisant des bases de données. La comparaison des programmes de séquençage Lutefisk, pepNovo, pNovo, Vonode et Peaks met en évidence que le dernier permet d’identifier un plus grand nombre de peptides du CMH de classe I. Ce programme est intégré dans une chaîne de traitement de recherche d’antigènes mineurs d’histocompatibilité. Enfin, une base de données contenant les informations spectrales de plusieurs centaines de peptides du CMH de classe I accessible par Internet a été développée.

Systems biology of the human MHC class I immunopeptidome

Le système de différenciation entre le « soi » et le « non-soi » des vertébrés permet la détection et le rejet de pathogènes et de cellules allogéniques. Il requiert la surveillance de petits peptides présentés à la surface cellulaire par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I). Les molécules du CMH I sont des hétérodimères composés par une chaîne lourde encodée par des gènes du CMH et une chaîne légère encodée par le gène β2-microglobuline. L’ensemble des peptides est appelé l’immunopeptidome du CMH I. Nous avons utilisé des approches en biologie de systèmes pour définir la composition et l’origine cellulaire de l’immunopeptidome du CMH I présenté par des cellules B lymphoblastoïdes dérivés de deux pairs de fratries avec un CMH I identique. Nous avons découvert que l’immunopeptidome du CMH I est spécifique à l’individu et au type cellulaire, qu’il dérive préférentiellement de transcrits abondants, est enrichi en transcrits possédant d’éléments de reconnaissance par les petits ARNs, mais qu’il ne montre aucun biais ni vers les régions génétiques invariables ni vers les régions polymorphiques. Nous avons également développé une nouvelle méthode qui combine la spectrométrie de masse, le séquençage de nouvelle génération et la bioinformatique pour l’identification à grand échelle de peptides du CMH I, dont ceux résultants de polymorphismes nucléotidiques simples non-synonymes (PNS-ns), appelés antigènes mineurs d’histocompatibilité (AMHs), qui sont les cibles de réponses allo-immunitaires. La comparaison de l’origine génomique de l’immunopeptidome de soeurs avec un CMH I identique a révélé que 0,5% des PNS-ns étaient représentés dans l’immunopeptidome et que 0,3% des peptides du CMH I seraient immunogéniques envers une des deux soeurs. En résumé, nous avons découvert des nouveaux facteurs qui modèlent l’immunopeptidome du CMH I et nous présentons une nouvelle stratégie pour l’indentification de ces peptides, laquelle pourrait accélérer énormément le développement d’immunothérapies ciblant les AMHs.

HFE gene mutations in Brazilian thalassemic patients

Hereditary hemochromatosis is a disorder of iron metabolism characterized by increased iron intake and progressive storage and is related to mutations in the HFE gene. Interactions between thalassemia and hemochromatosis may further increase iron overload. The ethnic background of the Brazilian population is heterogeneous and studies analyzing the simultaneous presence of HFE and thalassemia-related mutations have not been carried out. The aim of this study was to evaluate the prevalence of the H63D, S65C and C282Y mutations in the HFE gene among 102 individuals with alpha-thalassemia and 168 beta-thalassemia heterozygotes and to compare them with 173 control individuals without hemoglobinopathies. The allelic frequencies found in these three groups were 0.98, 2.38, and 0.29% for the C282Y mutation, 13.72, 13.70, and 9.54% for the H63D mutation, and 0, 0.60, and 0.87% for the S65C mutation, respectively. The chi-square test for multiple independent individuals indicated a significant difference among groups for the C282Y mutation, which was shown to be significant between the beta-thalassemia heterozygote and the control group by the Fisher exact test (P value = 0.009). The higher frequency of inheritance of the C282Y mutation in the HFE gene among beta-thalassemic patients may contribute to worsen the clinical picture of these individuals. In view of the characteristics of the Brazilian population, the present results emphasize the need to screen for HFE mutations in beta-thalassemia carriers.