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.

Identifizierung und Charakterisierung von Zielantigenen alloreaktiver zytotoxischer T-Zellen mittels cDNA-Bank-Expressionsklonierung in akuten myeloischen Leukämien

Allogene hämatopoetische Stammzelltransplantationen (HSZTs) werden insbesondere zur Behandlung von Patienten mit Hochrisiko-Leukämien durchgeführt. Dabei bewirken T-Zellreaktionen gegen Minorhistokompatibilitätsantigene (mHAgs) sowohl den therapeutisch erwünschten graft-versus-leukemia (GvL)-Effekt als auch die schädigende graft-versus-host (GvH)-Erkrankung. Für die Identifizierung neuer mHAgs mittels des T-Zell-basierten cDNA-Expressionsscreenings waren leukämiereaktive T-Zellpopulationen durch Stimulation naïver CD8+-T-Lymphozyten gesunder HLA-Klasse I-identischer Buffy Coat-Spender mit Leukämiezellen von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML) generiert worden (Albrecht et al., Cancer Immunol. Immunother. 60:235, 2011). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mit diesen im AML-Modell des Patienten MZ529 das mHAg CYBA-72Y identifiziert. Es resultiert aus einem bekannten Einzelnukleotidpolymorphismus (rs4673: CYBA-242T/C) des Gens CYBA (kodierend für Cytochrom b-245 α-Polypeptid; syn.: p22phox), der zu einem Austausch von Tyrosin (Y) zu Histidin (H) an Aminosäureposition 72 führt. Das mHAg wurde von T-Lymphozyten sowohl in Assoziation mit HLA-B*15:01 als auch mit HLA-B*15:07 erkannt. Eine allogene T-Zellantwort gegen CYBA-72Y wurde in einem weiteren AML-Modell (MZ987) beobachtet, die ebenso wie in dem AML-Modell MZ529 polyklonal war. Insgesamt konnte bei drei von fünf getesteten HLA-B*15:01-positiven Buffy Coat-Spendern, die homozygot für CYBA-72H (H/H) waren, eine CYBA-72Y-spezifische T-Zellantwort generiert werden. Das von den T-Lymphozyten übereinstimmend in niedrigster Konzentration erkannte Peptid umfasste die Aminosäuren 69 - 77, wobei das homologe Peptid aus CYBA-72H auch in hohen Konzentrationen keine Reaktivität auslöste. Eine reziproke Immunogenität des mHAg ist bislang nicht belegt. T-Lymphozyten gegen CYBA-72Y erkannten Leukämiezellen bei acht von zwölf HLA-B*15:01-positiven Patienten (FAB-Subtypen: M1, M2, M4, M5). Da das Gen CYBA für eine Komponente des mikrobiziden Oxidasesystems von phagozytierenden Zellen kodiert, ist es überwiegend in Zellen des hämatopoetischen Systems exprimiert. Von Leukozytensubtypen, aufgereinigt aus HLA-B*15:01-positiven Buffy Coat-Spendern mit CYBA-242T-Allel, wurden Monozyten und daraus abgeleitete dendritische Zellen durch CYBA-72Y-reaktive T-Lymphozyten sehr stark, untransformierte B-Zellen in weit geringerem Maße und Granulozyten sowie T-Lymphozyten nicht erkannt. Das für CYBA-72Y kodierende Allel CYBA-242T wurde bei 56% aller getesteten gesunden Spender und Malignompatienten (n=481) nachgewiesen. Unter Berücksichtigung der Häufigkeit des präsentierenden HLA-Allels ist davon auszugehen, dass etwa 4,5% der Kaukasier das mHAg CYBA-72Y zusammen mit HLA-B*15:01 tragen. Nach bisherigen Beobachtungen führt ein immunogener CYBA-72Y-Mismatch bei allogenen HSZTs nicht notwendigerweise zu einer schweren GvH-Erkrankung. Das hier beschriebene mHAg CYBA-72Y erscheint potenziell geeignet, im Rahmen einer allogenen HSZT die präferenzielle Elimination der Empfänger-Hämatopoese unter Einschluss von myeloischen Leukämiezellen zu bewirken. Jedoch sind weiterführende Untersuchungen erforderlich, um die therapeutische Relevanz des Antigens zu belegen.

Tissue engineering strategies for biomaterial-based anticancer drug delivery and enhancement of angiogenesis in tumor-resected bone

Patienten, die an Osteosarkom leiden werden derzeit mit intravenös applizierten krebstherapeutischen Mitteln nach Tumorresektion behandelt, was oftmals mit schweren Nebenwirkungen und einem verzögerten Knochenheilungsprozess einhergeht. Darüber hinaus treten vermehrt Rezidive aufgrund von verbleibenden neoplastischen Zellen an der Tumorresektionsstelle auf. Erfolgreiche Knochenregeneration und die Kontrolle von den im Gewebe verbleibenden Krebszellen stellt eine Herausforderung für das Tissue Engineering nach Knochenverlust durch Tumorentfernung dar. In dieser Hinsicht scheint der Einsatz von Hydroxyapatit als Knochenersatzmaterial in Kombination mit Cyclodextrin als Medikamententräger, vielversprechend. Chemotherapeutika können an Biomaterial gebunden und direkt am Tumorbett über einen längeren Zeitraum freigesetzt werden, um verbliebene neoplastische Zellen zu eliminieren. Lokal applizierte Chemotherapie hat diverse Vorteile, einschließlich der direkten zytotoxischen Auswirkung auf lokale Zellen, sowie die Reduzierung schwerer Nebenwirkungen. Diese Studie wurde durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit eines solchen Arzneimittelabgabesystems zu bewerten und um Strategien im Bereich des Tissue Engineerings zu entwickeln, die den Knochenheilungsprozess und im speziellen die Vaskularisierung fördern sollen. Die Ergebnisse zeigen, dass nicht nur Krebszellen von der chemotherapeutischen Behandlung betroffen sind. Primäre Endothelzellen wie zum Beispiel HUVEC zeigten eine hohe Sensibilität Cisplatin und Doxorubicin gegenüber. Beide Medikamente lösten in HUVEC ein tumor-unterdrückendes Signal durch die Hochregulation von p53 und p21 aus. Zudem scheint Hypoxie einen krebstherapeutischen Einfluss zu haben, da die Behandlung sensitiver HUVEC mit Hypoxie die Zellen vor Zytotoxizität schützte. Der chemo-protektive Effekt schien deutlich weniger auf Krebszelllinien zu wirken. Diese Resultate könnten eine mögliche chemotherapeutische Strategie darstellen, um den Effekt eines zielgerichteten Medikamenteneinsatzes auf Krebszellen zu verbessern unter gleichzeitiger Schonung gesunder Zellen. Eine erfolgreiche Integration eines Systems, das Arzneimittel abgibt, kombiniert mit einem Biomaterial zur Stabilisierung und Regeneration, könnte gesunden Endothelzellen die Möglichkeit bieten zu proliferieren und Blutgefäße zu bilden, während verbleibende Krebszellen eliminiert werden. Da der Prozess der Knochengeweberemodellierung mit einer starken Beeinträchtigung der Lebensqualität des Patienten einhergeht, ist die Beschleunigung des postoperativen Heilungsprozesses eines der Ziele des Tissue Engineerings. Die Bildung von Blutgefäßen ist unabdingbar für eine erfolgreiche Integration eines Knochentransplantats in das Gewebe. Daher ist ein umfangreich ausgebildetes Blutgefäßsystem für einen verbesserten Heilungsprozess während der klinischen Anwendung wünschenswert. Frühere Experimente zeigen, dass sich die Anwendung von Ko-Kulturen aus humanen primären Osteoblasten (pOB) und humanen outgrowth endothelial cells (OEC) im Hinblick auf die Bildung stabiler gefäßähnlicher Strukturen in vitro, die auch effizient in das mikrovaskuläre System in vivo integriert werden konnten, als erfolgreich erweisen. Dieser Ansatz könnte genutzt werden, um prä-vaskularisierte Konstrukte herzustellen, die den Knochenheilungsprozess nach der Implantation fördern. Zusätzlich repräsentiert das Ko-Kultursystem ein exzellentes in vitro Model, um Faktoren, welche stark in den Prozess der Knochenheilung und Angiogenese eingebunden sind, zu identifizieren und zu analysieren. Es ist bekannt, dass Makrophagen eine maßgebliche Rolle in der inflammatorisch-induzierten Angiogenese spielen. In diesem Zusammenhang hebt diese Studie den positiven Einfluss THP-1 abgeleiteter Makrophagen in Ko-Kultur mit pOB und OEC hervor. Die Ergebnisse zeigten, dass die Anwendung von Makrophagen als inflammatorischer Stimulus im bereits etablierten Ko-Kultursystem zu einer pro-angiogenen Aktivierung der OEC führte, was in einer signifikant erhöhten Bildung blutgefäßähnlicher Strukturen in vitro resultierte. Außerdem zeigte die Analyse von Faktoren, die in der durch Entzündung hervorgerufenen Angiogenese eine wichtige Rolle spielen, eine deutliche Hochregulation von VEGF, inflammatorischer Zytokine und Adhäsionsmoleküle, die letztlich zu einer verstärkten Vaskularisierung beitragen. Diese Resultate werden dem Einfluss von Makrophagen zugeschrieben und könnten zukünftig im Tissue Engineering eingesetzt werden, um den Heilungsprozess zu beschleunigen und damit die klinische Situation von Patienten zu verbessern. Darüber hinaus könnte die Kombination der auf Ko-Kulturen basierenden Ansätze für das Knochen Tissue Engineering mit einem biomaterial-basierenden Arzneimittelabgabesystem zum klinischen Einsatz kommen, der die Eliminierung verbliebener Krebszellen mit der Förderung der Knochenregeneration verbindet.

Analyse der T-Zellkreuzreaktivität bei Birkenpollenallergikern mit assoziierter Nahrungsmittelallergie

Eine Pollenallergie geht häufig mit einer sekundären Nahrungsmittelallergie einher, die durch die Kreuzreaktivität zwischen dem Pollen- und dem Nahrungsmittelallergen verursacht wird. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Kohorte von 20 Allergikern mit einer Typ I-Allergie gegen Birkenpollen und einer assoziierten Nahrungsmittelallergie gegen Haselnüsse und/oder Karotten in Bezug auf eine allergenspezifische IgE-Antwort, T-Zellantwort und vor allen Dingen hinsichtlich der T-Zellkreuzreaktivität zwischen den rekombinanten Allergenen Bet v 1, Cor a 1 und Dau c 1 charakterisiert. Verwendet wurde hierzu ein Zellkultursystem mit primären CD4+ T-Zellen ohne die Zugabe von exogenem IL-2 oder wiederholten Stimulationen. Zur Analyse der T-Zellkreuzreaktivität kamen zwei unterschiedliche Analyseverfahren zum Einsatz: zum einen der bewährte 3H-Thymidinassay und zum anderen eine neue durchflusszytometrische Methode, die auf der Verwendung von zwei unterschiedlichen Proliferationsfarbstoffen basiert.rnBei der Charakterisierung der T-Zellantwort konnte festgestellt werden, dass eine robuste Th2-Antwort vorliegt, die stark von dem Zytokin IL-5 dominiert wird, begleitet von einer signifikanten Produktion von IL-9 und IL-13, allerdings ohne die Beteiligung von IL-4.rnDes Weiteren konnte zum ersten Mal mit Hilfe eines dosisabhängigen Inhibitions-ELISA eine B-Zellkreuzreaktivität zwischen Bet v 1 und Cor a 1 gezeigt werden, wobei das Cor a 1-reaktive IgE prädominant ist und eine Subpopulation des Bet v 1-reaktiven IgE darstellt.rnMittels 3H-Thymidinassay konnte eine T-Zellkreuzreaktivität zwischen Bet v 1, Cor a 1 und in einem geringeren Maße zu Dau c 1 bei primären T-Zellen von Allergikern gezeigt werden. Ebenso konnte die Kreuzreaktivität zwischen Bet v 1 und Cor a 1 durch die neue durchflusszytometrische Methode bewiesen werden. Zusätzlich ist es mit Hilfe dieser neuen Methode nun möglich, zwischen den einzelnen T-Zellsubpopulationen zu unterscheiden, die sowohl nach primärer und sekundärer oder ausschließlich nach sekundärer Stimulation proliferieren. Es konnte festgestellt werden, dass die kreuzreaktiven T-Zellen aus der T-Zellsubpopulation hervorgehen, die bereits nach der primären Stimulations stark proliferiert haben. Somit kann also innerhalb des T-Zellrepertoires der allergischen Spender eine Prädominanz der kreuzreaktiven T-Zellsubpopulationen festgestellt werden. Eine monospezifische T-Zellsubpopulation konnte unter Verwendung der neuen Methode nicht detektiert werden.rnDas Ausmaß von Qualität und Quantität einer Kreuzreaktivität kann nun visualisiert werden, was dazu beitragen kann, das Protokoll einer SIT zu verbessern und optimal an den individuellen Patienten anzupassen, um möglicherweise eine größere Chance auf eine erfolgreiche Therapie in Aussicht zu stellen.

Einfluss des Treg-Aktivierungsmarkers GARP auf die Differenzierung und Funktion von T-Zellen

CD4+CD25+FoxP3+ regulatorische T-Zellen (Treg) spielen eine essentielle Rolle bei der Unterdrückung von schädlichen Immunreaktionen. Da aktivierte CD4+ T-Helferzellen auch CD25 und FoxP3 exprimieren, können diese nicht als spezifische Marker zur Identifikation von Treg verwendet werden. Die Analyse der Membranproteinexpression beider Populationen führte zur Identifikation von GARP (glycoprotein A repetitions predominant) als spezifischer Marker auf aktivierten Treg. GARP bindet LAP und TGF-beta, welches für die Unterdrückung von entzündlichen T-Zellantworten von Bedeutung ist. Um die Funktion von GARP unabhängig von Treg zu untersuchen, wurde ein lösliches GARP Protein (sGARP) synthetisiert und sein Effekt auf die Aktivierung und Differenzierung von humanen T-Zellen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sGARP die Proliferation von naiven CD4+ T-Zellen supprimiert und zu einer Phosphorylierung von SMAD2/3 sowie zu der Induktion von FoxP3 führt. Zusätzlich inhibiert sGARP die Produktion von Effektorzytokinen wie IL-2 und IFN-gamma. Die Stimulation von naiven CD4+ T-Zellen mit sGARP induziert die Differenzierung zu Treg, welche in Kokultur die Aktivierung von T-Effektorzellen supprimieren. Die Wirkung war vergleichbar in naiven CD4+ und ruhenden CD4+CD45RA+ T-Zellen, konnte aber in differenzierten CD4+CD45RO+ T-Zellen nicht nachgewiesen werden. Die Induktion von FoxP3 und die Phosphorylierung von SMAD2/3 konnte durch eine Blockade des TGF-beta-Signalweges inhibiert werden. Dies lässt vermuten, dass die Funktion von sGARP zumindest teilweise von TGF-beta abhängig ist. Zusätzlich zu seiner passiven Rolle als TGF-beta-Transporter, induzierte sGARP die TGF-beta-Produktion in naiven T-Zellen und trägt so zum Mechanismus der infektiösen Toleranz bei. Des Weiteren fördert die Stimulation von sGARP in Anwesenheit von IL-6 und IL-23 die Differenzierung zu Th17 Zellen. rnNeben dem Einfluss von sGARP auf die Differenzierung von CD4+ T-Zellen, supprimiert sGARP die Proliferation und Granzyme B-Expression in CD8+ T-Zellen. rnFür die Analyse der immunmodulatorischen Funktion von sGARP in vivo wurde ein Modell einer xenogenen GvHD (graft-versus-host disease) verwendet. Der Transfer von humanen PBMC in neugeborene, immundefiziente Rag2-/-gamma-chain-/--Mäuse führt zu einer letalen GvHD, welche durch die Applikation von humanen Treg dosisabhängig unterdrückt werden kann. In diesem Modell konnte die repetitive Gabe von sGARP, ohne zusätzliche Zugabe von Treg, ebenfalls die GvHD unterdrücken. Dies lässt auf einen synergistischen Effekt von sGARP und Treg bei der Suppression inflammatorischer T-Zellantworten schließen. rnZusammengefasst lassen die Ergebnisse auf eine entscheidende Rolle von GARP in der Modulation der peripheren Toleranz folgern und zeigen sGARP als potentes Biological für die Behandlung von unerwünschten inflammatorischen Immunantworten.

Physiologic cold shock of Moraxella catarrhalis affects the expression of genes involved in the iron acquisition, serum resistance and immune evasion

Background Moraxella catarrhalis, a major nasopharyngeal pathogen of the human respiratory tract, is exposed to rapid downshifts of environmental temperature when humans breathe cold air. It was previously shown that the prevalence of pharyngeal colonization and respiratory tract infections caused by M. catarrhalis are greatest in winter. The aim of this study was to investigate how M. catarrhalis uses the physiologic exposure to cold air to upregulate pivotal survival systems in the pharynx that may contribute to M. catarrhalis virulence. Results A 26°C cold shock induces the expression of genes involved in transferrin and lactoferrin acquisition, and enhances binding of these proteins on the surface of M. catarrhalis. Exposure of M. catarrhalis to 26°C upregulates the expression of UspA2, a major outer membrane protein involved in serum resistance, leading to improved binding of vitronectin which neutralizes the lethal effect of human complement. In contrast, cold shock decreases the expression of Hemagglutinin, a major adhesin, which mediates B cell response, and reduces immunoglobulin D-binding on the surface of M. catarrhalis. Conclusion Cold shock of M. catarrhalis induces the expression of genes involved in iron acquisition, serum resistance and immune evasion. Thus, cold shock at a physiologically relevant temperature of 26°C induces in M. catarrhalis a complex of adaptive mechanisms that enables the bacterium to target their host cellular receptors or soluble effectors and may contribute to enhanced growth, colonization and virulence.

Immune pathomechanism of drug hypersensitivity reactions

Drug hypersensitivity research has progressed enormously in recent years, and a greater understanding of mechanisms has contributed to improved drug safety. Progress has been made in genetics, enabling personalized medicine for certain drugs, and in understanding drug interactions with the immune system. In a recent meeting in Rome, the clinical, chemical, pharmacologic, immunologic, and genetic aspects of drug hypersensitivity were discussed, and certain aspects are briefly summarized here. Small chemicals, including drugs, can induce immune reactions by binding as a hapten to a carrier protein. Park (Liverpool, England) demonstrated (1) that drug haptens bind to protein in patients in a highly restricted manner and (2) that irreversibly modified carrier proteins are able to stimulate CD4(+) and CD8(+) T cells from hypersensitive patients. Drug haptens might also stimulate cells of the innate immune system, in particular dendritic cells, and thus give rise to a complex and complete immune reaction. Many drugs do not have hapten-like characteristics but might gain them on metabolism (so-called prohaptens). The group of Naisbitt found that the stimulation of dendritic cells and T cells can occur as a consequence of the transformation of a prohapten to a hapten in antigen-presenting cells and as such explain the immune-stimulatory capacity of prohaptens. The striking association between HLA-B alleles and the development of certain drug reactions was discussed in detail. Mallal (Perth, Australia) elegantly described a highly restricted HLA-B∗5701-specific T-cell response in abacavir-hypersensitive patients and healthy volunteers expressing HLA-B∗5701 but not closely related alleles. Expression of HLA-B∗1502 is a marker known to be necessary but not sufficient to predict carbamazepine-induced Stevens-Johnson syndrome/toxic epidermal necrolysis in Han Chinese. The group of Chen and Hong (Taiwan) described the possible "missing link" because they showed that the presence of certain T-cell receptor (TCR) clonotypes was necessary to elicit T-cell responses to carbamazepine. The role of TCRs in drug binding was also emphasized by Pichler (Bern, Switzerland). Following up on their "pharmacological interactions of drugs with immune receptors" concept (p-i concept), namely that drugs can bind directly to TCRs, MHC molecules, or both and thereby stimulate T cells, they looked for drug-binding sites for the drug sulfamethoxazole in drug-specific TCRs: modeling revealed up to 7 binding sites on the CDR3 and CDR2 regions of TCR Vα and Vβ. Among many other presentations, the important role of regulatory T cells in drug hypersensitivity was addressed.

Human leukocyte antigens (HLA) associated drug hypersensitivity: consequences of drug binding to HLA

Recent publications have shown that certain human leukocyte antigen (HLA) alleles are strongly associated with hypersensitivity to particular drugs. As HLA molecules are a critical element in T-cell stimulation, it is no surprise that particular HLA alleles have a direct functional role in the pathogenesis of drug hypersensitivity. In this context, a direct interaction of the relevant drug with HLA molecules as described by the p-i concept appears to be more relevant than presentation of hapten-modified peptides. In some HLA-associated drug hypersensitivity reactions, the presence of a risk allele is a necessary but incomplete factor for disease development. In carbamazepine and HLA-B*15:02, certain T-cell receptor (TCR) repertoires are required for immune activation. This additional requirement may be one of the 'missing links' in explaining why most individuals carrying this allele can tolerate the drug. In contrast, abacavir generates polyclonal T-cell response by interacting specifically with HLA-B*57:01 molecules. T cell stimulation may be due to presentation of abacavir or of altered peptides. While the presence of HLA-B*58:01 allele substantially increases the risk of allopurinol hypersensitivity, it is not an absolute requirement, suggesting that other factors also play an important role. In summary, drug hypersensitivity is the end result of a drug interaction with certain HLA molecules and TCRs, the sum of which determines whether the ensuing immune response is going to be harmful or not.

Extracellular nucleotides induce migration of renal mesangial cells by upregulating sphingosine kinase-1 expression and activity

BACKGROUND AND PURPOSE: Extracellular nucleotides act as potent mitogens for renal mesangial cells (MC). In this study we determined whether extracellular nucleotides trigger additional responses in MCs and the mechanisms involved. EXPERIMENTAL APPROACH: MC migration was measured after nucleotide stimulation in an adapted Boyden-chamber. Sphingosine kinase-1 (SK-1) protein expression was detected by Western blot analysis and mRNA expression quantified by real-time PCR. SK activity was measured by an in vitro kinase assay using sphingosine as substrate. KEY RESULTS: Nucleotide stimulation caused biphasic activation of SK-1, but not SK-2. The first peak occurred after minutes of stimulation and was followed by a second delayed peak after 4-24 h of stimulation. The delayed activation of SK-1 is due to increased SK-1 mRNA steady-state levels and de novo synthesis of SK-1 protein, and depends on PKC and the classical MAPK cascade. To see whether nucleotide-stimulated cell responses require SK-1, we selectively depleted SK-1 from cells by using small-interference RNA (siRNA). MC migration is highly stimulated by ATP and UTP; this is mimicked by exogenously added S1P. Depletion of SK-1 by siRNA drastically reduced the effect of ATP and UTP on cell migration but not on cell proliferation. Furthermore, MCs isolated from SK-1-deficient mice were completely devoid of nucleotide-induced migration. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: These data show that extracellular nucleotides besides being mitogenic also trigger MC migration and this cell response critically requires SK-1 activity. Thus, pharmacological intervention of SK-1 may have impacts on situations where MC migration is important such as during inflammatory kidney diseases.

Activation of T cells by carbamazepine and carbamazepine metabolites

BACKGROUND: T-cell-mediated hypersensitivity is a rare but serious manifestation of drug therapy. OBJECTIVES: To explore the mechanisms of drug presentation to T cells and the possibility that generation of metabolite-specific T cells may provoke cross-sensitization between drugs. METHODS: A lymphocyte transformation test was performed on 13 hypersensitive patients with carbamazepine, oxcarbazepine, and carbamazepine metabolites. Serial dilution experiments were performed to generate drug (metabolite)-specific T-cell clones to explore the structural basis of the T-cell response and mechanisms of antigen presentation. 3-Dimensional energy-minimized structures were generated by using computer modeling. The role of drug metabolism was analyzed with 1-aminobenzotriazole. RESULTS: Lymphocytes and T-cell clones proliferated with carbamazepine, oxcarbazepine, and some (carbamazepine 10,11 epoxide, 10-hydroxy carbamazepine) but not all stable carbamazepine metabolites. Structure activity studies using 29 carbamazepine (metabolite)-specific T-cell clones revealed 4 patterns of drug recognition, which could be explained by generation of preferred 3-dimensional structural conformations. T cells were stimulated by carbamazepine (metabolites) bound directly to MHC in the absence of processing. The activation threshold for T-cell proliferation varied between 5 minutes and 4 hours. 1-Aminobenzotriazole, which inhibits cytochrome P450 activity, did not prevent carbamazepine-related T-cell proliferation. Substitution of the terminal amine residue of carbamazepine with a methyl group diminished T-cell proliferation. CONCLUSION: These data show that carbamazepine and certain stable carbamazepine metabolites stimulate T cells rapidly via a direct interaction with MHC and specific T-cell receptors. CLINICAL IMPLICATIONS: Some patients with a history of carbamazepine hypersensitivity possess T cells that cross-react with oxcarbazepine, providing a rationale for cross-sensitivity between the 2 drugs.

Sphingosylphosphorylcholine acts in an anti-inflammatory manner in renal mesangial cells by reducing interleukin-1beta-induced prostaglandin E2 formation

Sphingosylphosphorylcholine (SPC) is a bioactive lipid that binds to G protein-coupled-receptors and activates various signaling cascades. Here, we show that in renal mesangial cells, SPC not only activates various protein kinase cascades but also activates Smad proteins, which are classical members of the transforming growth factor-beta (TGFbeta) signaling pathway. Consequently, SPC is able to mimic TGFbeta-mediated cell responses, such as an anti-inflammatory and a profibrotic response. Interleukin-1beta-stimulated prostaglandin E(2) formation is dose-dependently suppressed by SPC, which is paralleled by reduced secretory phospholipase A(2) (sPLA(2)) protein expression and activity. This effect is due to a reduction of sPLA(2) mRNA expression caused by inhibited sPLA(2) promoter activity. Furthermore, SPC upregulates the profibrotic connective tissue growth factor (CTGF) protein and mRNA expression. Blocking TGFbeta signaling by a TGFbeta receptor kinase inhibitor causes an inhibition of SPC-stimulated Smad activation and reverses both the negative effect of SPC on sPLA(2) expression and the positive effect on CTGF expression. In summary, our data show that SPC, by mimicking TGFbeta, leads to a suppression of proinflammatory mediator production and stimulates a profibrotic cell response that is often the end point of an anti-inflammatory reaction. Thus, targeting SPC receptors may represent a novel therapeutic strategy to cope with inflammatory diseases.

Tracking virus-specific CD4+ T cells during and after acute hepatitis C virus infection

BACKGROUND: CD4+ T cell help is critical in maintaining antiviral immune responses and such help has been shown to be sustained in acute resolving hepatitis C. In contrast, in evolving chronic hepatitis C CD4+ T cell helper responses appear to be absent or short-lived, using functional assays. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Here we used a novel HLA-DR1 tetramer containing a highly targeted CD4+ T cell epitope from the hepatitis C virus non-structural protein 4 to track number and phenotype of hepatitis C virus specific CD4+ T cells in a cohort of seven HLA-DR1 positive patients with acute hepatitis C in comparison to patients with chronic or resolved hepatitis C. We observed peptide-specific T cells in all seven patients with acute hepatitis C regardless of outcome at frequencies up to 0.65% of CD4+ T cells. Among patients who transiently controlled virus replication we observed loss of function, and/or physical deletion of tetramer+ CD4+ T cells before viral recrudescence. In some patients with chronic hepatitis C very low numbers of tetramer+ cells were detectable in peripheral blood, compared to robust responses detected in spontaneous resolvers. Importantly we did not observe escape mutations in this key CD4+ T cell epitope in patients with evolving chronic hepatitis C. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: During acute hepatitis C a CD4+ T cell response against this epitope is readily induced in most, if not all, HLA-DR1+ patients. This antiviral T cell population becomes functionally impaired or is deleted early in the course of disease in those where viremia persists.

L-Selectin-deficient SJL and C57BL/6 mice are not resistant to experimental autoimmune encephalomyelitis

L-selectin has been suggested to play a role in the pathogenesis of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model of multiple sclerosis. Here we demonstrate that L-selectin(-/-) SJL mice are susceptible to proteolipid protein (PLP)-induced EAE because the compromised antigen-specific T cell proliferation in peripheral lymph nodes is fully compensated by the T cell response raised in their spleen. Transfer of PLP-specific T cells into syngeneic recipients induced EAE independent of the presence or absence of L-selectin on PLP-specific T cells or in the recipient. Leukocyte infiltration into the central nervous system parenchyma was detectable independent of the mode of disease induction and the presence or absence of L-selectin. In addition, we found L-selectin(-/-) C57BL/6 mice to be susceptible to myelin oligodendrocyte glycoprotein-induced EAE. Taken together, we demonstrate that in SJL and C57BL/6 mice L-selectin is not required for EAE pathogenesis. The apparent discrepancy of our present observation to previous findings, demonstrating a role of L-selectin in EAE pathogenesis in C57BL/6 mice or myelin-basic protein (MBP)-specific TCR-transgenic B10.PL mice, may be attributed to background genes rather than L-selectin and to a unique role of L-selectin in EAE pathogenesis in MBP-TCR-transgenic mice.

Transmembrane tumor necrosis factor alpha is required for enteropathy and is sufficient to promote parasite expulsion in gastrointestinal helminth infection

To study the specific role of transmembrane tumor necrosis factor (tmTNF) in protective and pathological responses against the gastrointestinal helminth Trichinella spiralis, we compared the immune responses of TNF-alpha/lymphotoxin alpha (LTalpha)(-/-) mice expressing noncleavable transgenic tmTNF to those of TNF-alpha/LTalpha(-/-) and wild-type mice. The susceptibility of TNF-alpha/LTalpha(-/-) mice to T. spiralis infection was associated with impaired induction of a protective Th2 response and the lack of mucosal mastocytosis. Although tmTNF-expressing transgenic (tmTNF-tg) mice also had a reduced Th2 response, the mast cell response was greater than that observed in TNF-alpha/LTalpha(-/-) mice and was sufficient to induce the expulsion of the parasite. T. spiralis infection of tmTNF-tg mice resulted in significant intestinal pathology characterized by villus atrophy and crypt hyperplasia comparable to that induced following the infection of wild-type mice, while pathology in TNF-alpha/LTalpha(-/-) mice was significantly reduced. Our data thus indicate a role for tmTNF in host defense against gastrointestinal helminths and in the accompanying enteropathy. Furthermore, they also demonstrate that TNF-alpha is required for the induction of Th2 immune responses related to infection with gastrointestinal helminth parasites.

Novel screening tools for latent tuberculosis: time to leave an old friend?

PURPOSE OF REVIEW: Therapeutic inhibition of tumour necrosis factor-alpha strongly increases the risk of reactivation in latent tuberculosis infection. Recent blood tests based on antigen-specific T cell response and measuring production of interferon-gamma, so called interferon-gamma release assays (IGRAs), are promising novel tools to identify infected patients. The performance of diagnostic testing for latent tuberculosis infection in patients with rheumatic diseases will be discussed. RECENT FINDINGS: In patients with rheumatoid arthritis, IGRAs are more sensitive and more specific than traditional tuberculin skin testing. They are unaffected by Bacillus-Calmette-Guérin vaccination and most nontuberculous mycobacteria. Most comparative studies show a better performance of the IGRAs than tuberculin skin testing in terms of a higher specificity. The rate of indeterminate results may be affected by glucocorticoids and the underlying disease but appears independent of disease-modifying antirheumatic drugs. Despite using identical Mycobacterium tuberculosis antigens, the two commercially available tests show differences in clinical performance. SUMMARY: The current information about the performance of the tuberculin skin testing and the IGRAs in the detection of latent tuberculosis infection in patients with rheumatic diseases strongly suggest a clinically relevant advantage of the IGRAs. Their use will help to reduce overuse and underuse of preventive treatment in tumour necrosis factor inhibition.