Regulation of lymphocyte response in vitro and in vivo

CD4+ T helper (Th) cells have an important role in the defence against diverse pathogens. Th cells can differentiate into several functionally distinct subtypes including Th1 and Th2 cells. Th1 cells are important for eradicating intracellular pathogens, whereas Th2 cells pro¬tect our body against extracellular parasites. However if uncontrolled, Th cells can mediate immunopathology such as asthma or allergies, but inappropriate Th response can also lead to autoimmune diseases such as multiple sclerosis or type 1 diabetes. Deeper knowledge of the regulation of the lymphocyte response both in vitro and in vivo is important for un¬derstanding the pathogenesis of immune-mediated diseases and microbe-host interactions. In the work presented in this thesis, the first goal was to elucidate the role of novel factors, PIM kinases and c-FLIP in the regulation of human Th cell differentiation. The oncogenic serine-threonine kinases of the PIM family were shown to be preferentially expressed in Th1 cells and in addition, by using RNA interference, they were also shown to be positive regulators of Th1 differentiation. The PIM depletion experiments suggest that PIM kinases promote the expression of the hallmark cytokine of Th1 cells, IFNγ, and influence the IL12/STAT4 pathway during the early Th1 cell differentiation. In addition to cytokine and T cell receptor (TCR) induced pathways, caspase activity has been shown to regulate Th cell proliferation. In the work presented in this thesis, the two isoforms of the caspase regulator protein, c-FLIP, were shown to be differentially ex¬pressed in Th1 and Th2 cells. Both of the isoforms were up-regulated in response to TCR activation, but the expression of the short isoform was selectively induced by IL4, the Th2 inducing cytokine. Furthermore, the c-FLIP isoforms had distinct and opposite roles during the early differentiation of Th1 and Th2 cells. The knockdown of the long isoform of c-FLIP led to the induction of Th1 marker genes, such as IFNγ and TBET, whereas the depletion of c-FLIP short down-regulated Th2 marker genes IL-4 and GATA3. The third goal was to elucidate the gene expression profiles characterizing the T- and B-lymphocyte responses in vivo during experimental infection by intracellular bacte¬rium Chlamydia pneumoniae. Previously, it has been shown that CD8+ and CD4+ T cells are important for the protection against Chlamydia pneumoniae. In this study, the analysis revealed up-regulation of interferon induced genes during recurrent infection underlining the importance of IFNγ secreted by Th1 and CD8+ T cells in the protection against this pathogen. Taken together, in this study novel regulators of Th cell differ¬entiation were discovered and in addition the gene expression profiles of lymphocytes induced by Chlamydia pneumoniae infection were characterized.

Étude des voies d’apprêtement des antigènes viraux menant à la présentation antigénique par les CMH de classe I

Le contrôle immunitaire des infections virales est effectué, en grande partie, par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques. Pour y parvenir, les lymphocytes T CD8+ doivent être en mesure de reconnaître les cellules infectées et de les éliminer. Cette reconnaissance des cellules infectées s’effectue par l’interaction du récepteur T (TCR) des lymphocytes T CD8+ et des peptides viraux associés au complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I à la surface des cellules hôtes. Cette interaction constitue l’élément déclencheur permettant l’élimination de la cellule infectée. On comprend donc toute l’importance des mécanismes cellulaires menant à la génération des peptides antigéniques à partir des protéines virales produites au cours d’une infection. La vision traditionnelle de cet apprêtement protéique menant à la présentation d’antigènes par les molécules du CMH propose deux voies cataboliques distinctes. En effet, il est largement admis que les antigènes endogènes sont apprêtés par la voie dite ‘‘classique’’ de présentation antigénique par les CMH de classe I. Cette voie implique la dégradation des antigènes intracellulaires par le protéasome dans le cytoplasme, le transport des peptides résultant de cette dégradation à l’intérieur du réticulum endoplasmique, leur chargement sur les molécules du CMH de classe I et finalement le transport des complexes peptide-CMH à la surface de la cellule où ils pourront activer les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde voie impliquant des antigènes exogènes, le dogme veut que ceux-ci soient apprêtés par les protéases du compartiment endovacuolaire. Les peptides ainsi générés sont directement chargés sur les molécules de CMH de classe II à l’intérieur de ce compartiment. Par la suite, des mécanismes de recyclage vésiculaire assurent le transport des complexes peptide-CMH de classe II à la surface de la cellule afin de stimuler les lymphocytes T CD4+. Cependant, cette stricte ségrégation des voies d’apprêtement antigénique a été durement éprouvée par la capacité des cellules présentatrices d’antigènes à effectuer l’apprêtement d’antigènes exogènes et permettre leur présentation sur des molécules de CMH de classe I. De plus, l’identification récente de peptides d’origine intracellulaire associés à des molécules de CMH de classe II a clairement indiqué la présence d’interactions entre les deux voies d’apprêtement antigénique permettant de transgresser le dogme préalablement établi. L’objectif du travail présenté ici était de caractériser les voies d’apprêtement antigénique menant à la présentation d’antigènes viraux par les molécules du CMH de classe I lors d’une infection par le virus de l’Herpès simplex de type I (HSV-1). Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons une nouvelle voie d’apprêtement antigénique résultant de la formation d’autophagosomes dans les cellules infectées. Cette nouvelle voie permet le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire dégradatif dans la phase tardive de l’infection par le virus HSV-1. Cette mise en branle d’une seconde voie d’apprêtement antigénique permet d’augmenter le niveau de présentation de la glycoprotéine B (gB) virale utilisée comme modèle dans cette étude. De plus, nos résultats décrivent la formation d’une nouvelle forme d’autophagosomes dérivés de l’enveloppe nucléaire en réponse à l’infection par le virus HSV-1. Ces nouveaux autophagosomes permettent le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire lytique, action également assurée par les autophagosomes dits classiques. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous utilisons l’infection par le virus HSV-1 et la production de la gB qui en résulte pour étudier le trafic membranaire permettant le transfert de la gB vers un compartiment vacuolaire dégradatif. Nos résultats mettent en valeur l’importance du réticulum endoplasmique, et des compartiments autophagiques qui en dérivent, dans ces mécanismes de transfert antigénique permettant d’amplifier la présentation antigénique de la protéine virale gB sur des CMH de classe I via une voie vacuolaire. L’ensemble de nos résultats démontrent également une étroite collaboration entre la voie classique de présentation antigénique par les CMH de classe I et la voie vacuolaire soulignant, encore une fois, la présence d’interaction entre les deux voies.

Étude de l’implication de la force du signal transmis par le récepteur des cellules T dans le développement et la survie des lymphocytes T mémoires

Suite à la rencontre d’un antigène (Ag) présenté à la surface des cellules présentatrice de l’Ag (CPA), les lymphocytes T naïfs, ayant un récepteur des cellules T (RCT) spécifique de l’Ag, vont proliférer et se différencier en LT effecteurs (1). Suite à l’élimination de l’Ag la majorité des LTe vont mourir par apoptose alors que les restants vont se différencier en LT mémoire (LTm) protégeant l’organisme à long terme. Les mécanismes qui permettent la différenciation des LTe en LTm sont encore inconnus. Pour comprendre comment les LTm CD8+ sont générés à partir des LTe, nous avons émis l’hypothèse que la densité de l’Ag présenté par les CPA peut avoir un impact sur la sélection des LT CD8+ répondant l’Ag à se différencier en LTm. De manière intéressante, nos résultats montrent qu’une immunisation avec des cellules dendritiques (DCs) exprimant un haut niveau de complexe CMH/peptide à sa surface permet le développement de LTm. À l’inverse, le développement des LTm est fortement réduit (10-20X) lorsque les souris sont immunisées avec des DCs exprimant un niveau faible de complexes CMH/peptide à leur surface. De plus, la quantité d’Ag n’a aucune influence ni sur l’expansion des LT CD8+ ni sur l’acquisition de leurs fonctions effectrices, mais affecte de manière critique la génération des LTm. Nos résultats suggèrent que le nombre de RCT engagé lors de la reconnaissance de l’Ag est important pour la formation des LTm. Pour cela nous avons observé par vidéo-microscopie le temps d’interaction entre des LTn et des DCs. Nos résultats montrent que le temps et la qualité de l’interaction sont dépendants de la densité d’Ag présenté par les DCs. Effectivement, nous observons une diminution dans le pourcentage de LT faisant une interaction prolongée avec les DCs quand le niveau d’Ag est faible. De plus, nous observons des variations de l’expression des facteurs de transcription clefs impliqués dans la différenciation des LTm tels qu’Eomes, Bcl-6 et Blimp-1. Par ailleurs, la densité d’Ag fait varier l’expression du Neuron-derived orphan nuclear receptor 1 (Nor-1). Nor-1 est impliqué dans la conversion de Bcl-2 en molécule pro-apoptotique et contribue à la mort par apoptose des LTe pendant la phase de contraction. Notre modèle propose que la densité de l’épitope contrôle la génération des CD8+ LTm. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la génération des LTm permettra le développement de meilleures stratégies pour la génération de vaccin. Dans un second temps, nous avons évalué le rôle du signal RCT dans l’homéostasie des LTm. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de souris transgénique pour le RCT dont son expression peut être modulée par un traitement à la tétracycline. Ce système nous a permis d’abolir l’expression du RCT à la surface des LTm. De manière intéressante, en absence de RCT exprimé, les LTm CD8+ peuvent survivre à long terme dans l’organisme et rester fonctionnels. De plus, une sous population des LTm CD4+ a la capacité de survivre sans RCT exprimé dans un hôte lymphopénique alors que l’autre sous population nécessite l’expression du RCT.

Le rôle de la MAPK non-conventionnelle ERK3 dans le développement thymique

Les premières cellules progénitrices lympho-myéloïdes (LMPP) entrent dans le thymus et commencent leur processus de différenciation au stade double négatif (DN, CD4-CD8-). Après un réarrangement fonctionnel de la chaine bêta de leur récepteur des cellules T (RCT), les cellules reçoivent des signaux de différenciation, de prolifération, de survie et de sélection et passent au stade double positif (DP, CD4+CD8+). Ensuite, la chaine alpha du RCT est réarrangée et testée via les sélections positive et négative. Si le RCT reçoit un signal ni trop fort, ni trop faible, les cellules passent au stade simple positif où elles exprimeront soit la molécule CD4 ou CD8. ERK3, une MAPK non-conventionnelle, joue un rôle important dans le développement thymique. Des études précédentes ont démontré qu’une déficience en ERK3 diminue de 50 % la cellularité thymique et de 75% le nombre de cellules simples positives CD4 (CD4SP). Nous avons posé comme hypothèses qu’il y a une augmentation de l’apoptose chez les thymocytes DP de souris Erk3-/- et que cette déficience chez les thymocytes DP affecterait la sélection positive des cellules DP, réduisant ainsi le nombre de thymocytes CD4SP. Afin de vérifier la première hypothèse, nous avons regardé les niveaux d’apoptose grâce à la cytométrie en flux et par immunohistochimie. Dans les deux cas, nous étions incapables de détecter une différence du niveau d’apoptose chez les thymocytes DP entre les souris Erk3+/+ et Erk3-/-. Ensuite, nous nous sommes posés la question suivante : La demi-vie des thymocytes DP Erk3-/- était-elle plus courte que le type sauvage? La demi-vie des thymocytes DP a été mesurée à l’aide de l’étude des réarrangements secondaires de la chaine alpha du RCT par PCR semi-quantitatif et à l’aide de cultures de thymus fœtaux. En effet, ERK3 semble important pour prolonger la demi-vie des thymocytes DP. Ensuite, nous avons utilisé des marqueurs cellulaires différentiels (CD69, CD5 et RCT) pour regarder si les thymocytes DP sont capables de passer la sélection positive. En effet, il y a moins de thymocytes DP Erk3-/- qui sont CD69fort, CD5fort et RCTfort. Finalement, nous voulons savoir si les fonctions de ERK3 passent par MK5, son seul partenaire d’interaction connu à ce jour. Après la caractérisation du thymus de la souris Mk5-/-, nous observons que seulement la réduction du nombre de thymocytes CD4SP est identique à celle des thymocytes CD4SP de la souris Erk3-/-. En conclusion, ces résultats révèlent des fonctions importantes pour la molécule ERK3 lors du processus de sélection positive, le maintient de la demi-vie des thymocytes DP et lors de la régulation de développement thymique de manière MK5-dépendante et -indépendante.

Investigating the thymopoiesis stimulating property of interleukin-21 in aging mice

La vaccination est largement utilisée pour la génération de lymphocytes T spécifiques contre les tumeurs. Malheureusement, cette stratégie n'est pas adaptée aux personnes âgées car leur thymus régresse avec l'âge conduisant ainsi à une baisse dans la production de cellules T et à l'accumulation de cellules immunitaires âgées ayant des défauts liés à leurs stimulations. Comme il a été démontré auparavant que L’IL-21 est capable d’induire des fonctions thymiques, nous avons émis l’hypothèse que l’injection d’IL-21 à des souris âgées stimulera la thymopoïèse. Nos résultats montrent que l’administration de l’IL-21 augmente le nombre absolu de thymocytes chez les souris âgées et augmente la migration de ces cellules vers la périphérie ou ils contribuent à la diversité du TCR. De plus les cellules T en périphérie expriment un niveau plus élevé de miR181-a, et par conséquent moins de phosphatase comme SHP2, DUSP5/6 qui inhibent le TCR. En vaccinant des souris âgées avec le peptide Trp2, les souris traitées avec l’IL-21 montrent un retard dans la croissance des cellules B16 tumorales. Cette étude montre que l’IL-21 pourrait être utilisé comme stratégie pour le rétablissement du systeme immunitaire chez les personnes âgées.

Modulação da proliferação, apoptose e autofagia de linfocitos T por RAGE

Pós-graduação em Odontologia - FOAR

Der Einfluss der T-Zellavidität und der TLR-vermittelten Aktivierung Dendritischer Zellen der Haut auf die Funktion zytotoxischer T-Zellen

Zytotoxische T-Zellen (CTL) vermitteln die effektive und gezielte Lyse Virus-infizierter und maligner Zellen. Um den Einfluss der T-Zellavidität auf die Immunodominanz von CTL-Antworten zu untersuchen, wurde ein neues Mausmodell mit zwei T-Zellrezeptor (TCR)-transgenen Stämmen etabliert. Die T-Zellen der beiden Stämme exprimieren denselben TCR in unterschiedlicher Dichte. Studien mit diesem Modell zeigten, dass bei identischen Vorläuferfrequenzen die hochaviden T-Zellen nach Immunisierung auf Kosten der niederaviden T-Zellen proliferieren. Sind die niederaviden T-Zellen jedoch im Überschuss vorhanden, so können sie die Antwort dominieren. Hieraus lässt sich schließen, dass die CTL Immunodominanz durch die Avidität und die Vorläuferfrequenz der T-Zellklone bestimmt wird. Darüber hinaus wurde ein neues transkutanes Immunisierungsverfahren (TCI) entwickelt. Die Applikation eines CTL Epitops zusammen mit dem synthetischen Toll-like Rezeptor 7 Liganden Imiquimod führt zur effizienten Aktivierung TCR-transgener CTLs. Eine in Wild-typ Mäusen generierte CTL-Antwort gegen das SIINFEKL Epitop aus dem Ovalbumin vermittelt die effiziente Lyse inokulierter Ovalbumin-transgener Thymomzellen. Schließlich konnte gezeigt werden, dass regulatorische T-Zellen die durch TCI vermittelte CTL Aktivierung inhibieren.

Isolierung und Charakterisierung der ER-residenten Aminopeptidase ERMP1 und Untersuchung ihrer Funktion in der Prozessierung MHC I restringierter CTL Epitope

Die effiziente Generierung von Peptid-Epitopen aus zelleigenen oder viralen Proteinen für die Präsentation auf „Major Histocompatibility Complex I“ (MHC I) Molekülen ist essentiell für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und die Effektorfunktion der CD8+ zytotoxischen T-Zellen (CTLs). CTLs erkennen diese Peptide in Kontext mit MHC I Molekülen über ihren spezifischen T-Zellrezeptor (TCR). Die Generierung dieser Epitope ist das Resultat eines komplexen proteolytischen Prozesses, der im Zytosol und im endoplasmatischen Retikulum (ER) stattfindet. Im Zytosol generiert das Proteasom N-terminal verlängerte Epitop-Vorläufer. Diese werden durch weitere zytosolische Proteasen abgebaut, es sei denn, sie werden durch den „transporter associated with antigen processing“ (TAP) in das ER transportiert. Dort werden sie durch Aminopeptidasen getrimmt, um den Bindungsvoraussetzungen der MHC I Moleküle zu genügen. Im murinen System ist die „ER aminopeptidase associated with antigen processing“ (ERAAP) die bislang einzige beschriebene Aminopeptidase, die dieses N-terminale Trimming von CTL Epitopen vermitteln kann. Das Profil der proteolytischen Aktivität in angereichertem murinen ER kann jedoch nicht allein durch die Aktivität von ERAAP erklärt werden, was auf die Anwesenheit weiterer Aminopeptidasen mit einer potentiellen Funktion in der Antigenprozessierung hinweist. In dieser Arbeit konnte die immunologisch bislang noch nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 (endoplasmic reticulum metallopeptidase 1) im murinen ER identifiziert werden. Nach Aufreinigung muriner Mikrosomen und anschließender Anionenaustausch-Chromatographie wurden die gesammelten Fraktionen mit fluorogenen Substraten auf Aminopeptidase-Aktivität getestet. Durch massenspektrometrische Analyse konnten in den beobachteten Peaks die schon beschriebenen Aminopeptidasen ERAAP, die „insulin regulated aminopeptidase“ IRAP und die immunologisch bislang nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 identifiziert werden. Durch Fluoreszenzmikroskopie konnte die intrazelluläre Lokalisation von ERMP1 im ER durch Kolokalisation mit TAP verifiziert werden. Wie viele Komponenten des MHC I Prozessierungsweges wird auch die Expression von ERMP1 durch IFN-γ stimuliert. Dies macht ERMP1 zu einer potentiellen zweiten trimmenden Aminopeptidase im murinen ER. Überexpression von ERMP1 hat einen allelspezifischen Einfluss auf die globale MHC I Präsentation auf der Zelloberfläche und durch Überexpression und shRNA vermitteltes gene silencing konnte außerdem ein epitopspezifischer Effekt nachgewiesen werden. Da N-terminales Trimming durch ERAAP mit der Evasion von Tumoren und veränderter Immundominanz assoziiert wird, ist die detaillierte Charakterisierung der Aminopeptidase ERMP1 ein wichtiger Schritt zum Verständnis der MHC I Antigen-Prozessierung und der Generierung von CTL Epitopen im ER.

Development of a highly potent bispecific antibody format targeting the novel tumor-specific antigen CLDN18.2

Due to multiple immune evasion mechanisms of cancer cells, novel therapy approaches are required to overcome the limitations of existing immunotherapies. Bispecific antibodies are potent anti-cancer drugs, which redirect effector T cells for specific tumor cell lysis, thus enabling the patient’s immune system to fight cancer cells. The antibody format used in this proof of concept study–bispecific ideal monoclonal antibodies termed BiMAB–is a tailor-made recombinant protein, which consists of two fused scFv antibodies recognizing different antigens. Both are arranged in tandem on a single peptide chain and the individual variable binding domains are separated by special non-immunogenic linkers. The format is comprised of a scFv targeting CLDN18.2–a gastric cancer tumor associated antigen (TAA) –while the second specificity binds the CD3 epsilon (CD3ε) subunit of the T cell receptor (TCR) on T cells. For the first time, we compared in our IMAB362-based BiMAB setting, four different anti-CD3-scFvs, respectively derived from the mAbs TR66, CLB-T3, as well as the humanized and the murine variant of UCHT1. In addition, we investigated the impact of an N- versus a C-terminal location of the IMAB362-derived scFv and the anti-CD3-scFvs. Thus, nine CLDN18.2 specific BiMAB proteins were generated, of which all showed a remarkably high cytotoxicity towards CLDN18.2-positive tumor cells. Because of its promising effectiveness, 1BiMAB emerged as the BiMAB prototype. The selectivity of 1BiMAB for its TAA and CD3ε, with affinities in the nanomolar range, has been confirmed by in vitro assays. Its dual binding depends on the design of an N-terminally positioned IMAB362 scFv and the consecutive C-terminally positioned TR66 scFv. 1BiMAB provoked a concentration and target cell dependent T cell activation, proliferation, and upregulation of the cytolytic protein Granzyme B, as well as the consequent elimination of target cells. Our results demonstrate that 1BiMAB is able to activate T cells independent of elements that are usually involved in the T cell recognition program, like antigen presentation, MHC restriction, and co-stimulatory effector molecules. In the first in vivo studies using a subcutaneous xenogeneic tumor mouse model in immune incompetent NSG mice, we could prove a significant therapeutic effect of 1BiMAB with partial or complete tumor elimination. The initial in vitro RIBOMAB experiments correspondingly showed encouraging results. The electroporation of 1BiMAB IVT-RNA into target or effector cells was feasible, while the functionality of translated 1BiMAB was proven by induced T cell activation and target cell lysis. Accordingly, we could show that the in vitro RIBOMAB approach was applicable for all nine BiMABs, which proves the RIBOMAB concept. Thus, the CLDN18.2-BiMAB strategy offers great potential for the treatment of cancer. In the future, administered either as protein or as IVT-RNA, the BiMAB format will contribute towards finding solutions to raise and sustain tumor-specific cellular responses elicited by engaged and activated endogenous T cells. This will potentially enable us to overcome immune evasion mechanisms of tumor cells, consequently supporting current solid gastric cancer therapies.

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.

Intestinal microbes affect phenotypes and functions of invariant natural killer T cells in mice

Invariant natural killer T (iNKT) cells undergo canonical, Vα14-Jα18 rearrangement of the T-cell receptor (TCR) in mice; this form of the TCR recognizes glycolipids presented by CD1d. iNKT cells mediate many different immune reactions. Their constitutive activated and memory phenotype and rapid initiation of effector functions after stimulation indicate previous antigen-specific stimulation. However, little is known about this process. We investigated whether symbiotic microbes can determine the activated phenotype and function of iNKT cells.

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.

Pharmacological interaction of drugs with immune receptors: the p-i concept

Drug-induced hypersensitivity reactions have been explained by the hapten concept, according to which a small chemical compound is too small to be recognized by the immune system. Only after covalently binding to an endogenous protein the immune system reacts to this so called hapten-carrier complex, as the larger molecule (protein) is modified, and thus immunogenic for B and T cells. Consequently, a B and T cell immune response might develop to the drug with very heterogeneous clinical manifestations. In recent years, however, evidence has become stronger that not all drugs need to bind covalently to the MHC-peptide complex in order to trigger an immune response. Rather, some drugs may bind directly and reversibly to immune receptors like the major histocompatibility complex (MHC) or the T cell receptor (TCR), thereby stimulating the cells similar to a pharmacological activation of other receptors. This concept has been termed pharmacological interaction with immune receptors the (p-i) concept. While the exact mechanism is still a matter of debate, non-covalent drug presentation clearly leads to the activation of drug-specific T cells as documented for various drugs (lidocaine, sulfamethoxazole (SMX), lamotrigine, carbamazepine, p-phenylendiamine, etc.). In some patients with drug hypersensitivity, such a response may occur within hours even upon the first exposure to the drug. Thus, the reaction to the drug may not be due to a classical, primary response, but rather be mediated by stimulating existing, pre-activated, peptide-specific T cells that are cross specific for the drug. In this way, certain drugs may circumvent the checkpoints for immune activation imposed by the classical antigen processing and presentation mechanisms, which may help to explain the peculiar nature of many drug hypersensitivity reactions.

Imatinib mesylate selectively impairs expansion of memory cytotoxic T cells without affecting the control of primary viral infections

Imatinib mesylate (imatinib) is a potent inhibitor of defined tyrosine kinases (TKs) and is effective in the treatment of malignancies characterized by constitutive activation of these TKs such as chronic myeloid leukemia and gastrointestinal stromal tumors. TKs also play an important role in T-cell receptor (TCR) signal transduction. Inhibitory as well as stimulating effects of imatinib on T cells and dendritic cells have been described. Here, we analyzed the effects of imatinib treatment on antiviral immune responses in vivo. Primary cytotoxic T-cell (CTL) responses were not impaired in imatinib-treated mice after infection with lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) or after immunization with a tumor cell line expressing LCMV glycoprotein (LCMV-GP). Similarly, neutralizing antibody responses to vesicular stomatitis virus (VSV) were not affected. In contrast, secondary expansion of LCMV-specific memory CTLs was reduced in vitro and in vivo, resulting in impaired protection against reinfection. In addition, imatinib treatment delayed the onset of diabetes in a CTL-induced diabetes model. In summary, imatinib treatment in vivo selectively inhibits the expansion of antigen-experienced memory CTLs without affecting primary T- or B-cell responses. Therefore, imatinib may be efficacious in the suppression of CTL-mediated immunopathology in autoimmune diseases without the risk of acquiring viral infections.

Noncovalent interactions of drugs with immune receptors may mediate drug-induced hypersensitivity reactions

Drug-induced hypersensitivity reactions are instructive examples of immune reactions against low molecular weight compounds. Classically, such reactions have been explained by the hapten concept, according to which the small antigen covalently modifies an endogenous protein; recent studies show strong associations of several HLA molecules with hypersensitivity. In recent years, however, evidence has become stronger that not all drugs need to bind covalently to the major histocompatibility complex (MHC)-peptide complex in order to trigger an immune response. Rather, some drugs may bind reversibly to the MHC or possibly to the T-cell receptor (TCR), eliciting immune reactions akin to the pharmacological activation of other receptors. While the exact mechanism is still a matter of debate, noncovalent drug presentation clearly leads to the activation of drug-specific T cells. In some patients with hypersensitivity, such a response may occur within hours of even the first exposure to the drug. Thus, the reaction to the drug may not be the result of a classical, primary response but rather be mediated by existing, preactivated T cells that display cross-reactivity for the drug and have additional (peptide) specificity as well. In this way, certain drugs may circumvent the checkpoints for immune activation imposed by the classical antigen processing and presentation mechanisms, which may help to explain the idiosyncratic nature of many drug hypersensitivity reactions.