Generation of FLT3-ITD-reactive T-cell populations from different sources

Approximately 25% of acute myeloid leukemias (AMLs) carry internal tandem duplications (ITD) of various lengths within the gene encoding the FMS-like tyrosine kinase receptor 3 (FLT3). Although varying duplication sites exist, most of these length mutations affect the protein´s juxtamembrane domain. FLT3-ITDs support leukemic transformation by constitutive phosphorylation resulting in uncontrolled activation, and their presence is associated with worse prognosis. As known form previous work, they represent leukemia- and patient-specific neoantigens that can be recognized by autologous AML-reactive CD8+ T cells (Graf et al., 2007; Graf et al., unpublished). Herein, in patient FL, diagnosed with FLT3-ITD+ AML and in first complete remission after induction chemotherapy, T cells against her leukemia´s individual FLT3-ITD were detected at a frequency up to 1.7x10-3 among peripheral blood CD8+ T lymphocytes. This rather high frequency suggested, that FLT3-ITD-reactive T cells had been expanded in vivo due to the induction of an anti-leukemia response.rnrnCell material from AML patients is limited, and the patients´ anti-leukemia T-cell repertoire might be skewed, e.g. due to complex previous leukemia-host interactions and chemotherapy. Therefore, allogeneic sources, i.e. buffy coats (BCs) from health donors and umbilical cord blood (UCB) donations, were exploited for the presence and the expansion of FLT3-ITD-reactive T-cell populations. BC- and UCB-derived CD8+ T cells, were distributed at 105 cells per well on microtiter plates and, were stimulated with antigen-presenting cells (APCs) transfected with in vitro-transcribed mRNA (IVT-mRNA) encoding selected FTL3-ITDs. APCs were autologous CD8- blood mononuclear cells, monocytes or FastDCs.rnrnBuffy coat lymphocytes from 19 healthy individuals were analyzed for CD8+ T-cell reactivity against three immunogenic FLT3-ITDs previously identified in patients VE, IN and QQ and designated as VE_, IN_ and QQ_FLT3-ITD, respectively. These healthy donors carried at least one of the HLA I alleles known to present an ITD-derived peptide from one of these FLT3-ITDs. Reactivities against single ITDs were observed in 8/19 donors. In 4 donors the frequencies of ITD-reactive T cells were determined and were estimated to be in the range of 1.25x10-6 to 2.83x10-7 CD8+ T cells. These frequencies were 1,000- to 10,000-fold lower than the frequency of autologous FLT3-ITD-reactive T cells observed in patient FL. Restricting HLA I molecules were identified in two donors. In one of them, the recognition of VE_FLT3-ITD was found to be restricted by HLA-C*07:02, which is different from the HLA allele restricting the anti-ITD T cells of patient VE. In another donor, the recognition of IN_FLT3-ITD was restricted by HLA-B*35:01, which also had been observed in patient IN (Graf et al., unpublished). By gradual 3´-fragmentation of the IN_FLT3-ITD cDNA, the 10-mer peptide CPSDNEYFYV was identified as the target of allogeneic T cells against IN_FLT3-ITD. rnLymphocytes in umbilical cord blood predominantly exhibit a naïve phenotype. Seven UCB donations were analyzed for T-cell responses against the FLT3-ITDs of patients VE, IN, QQ, JC and FL irrespective of their HLA phenotype. ITD-reactive responses against all stimulatory FLT3-ITDs were observed in 5/7 UCB donations. The frequencies of T cells against single FLT3-ITDs in CD8+ lymphocytes were estimated to be in the range of 1.8x10-5 to 3.6x10-6, which is nearly 15-fold higher than the frequencies observed in BCs. Restricting HLA I molecules were identified in 4 of these 5 positive UCB donations. They were mostly different from those observed in the respective patients. But in one UCB donation T cells against the JC_FLT3-ITD had exactly the same peptide specificity and HLA restriction as seen before in patient JC (Graf et al., 2007). Analyses of UCB responder lymphocytes led to the identification of the 10-mer peptide YESDNEYFYV, encoded by FL_FLT3-ITD, that was recognized in association with the frequent allele HLA-A*02:01. This peptide was able to stimulate and enrich ITD-reactive T cells from UCB lymphocytes in vitro. Peptide responders not only recognized the peptide, but also COS-7 cells co-transfected with FL_FLT3-ITD and HLA-A*02:01.rnrnIn conclusion, T cells against AML- and individual-specific FLT3-ITDs were successfully generated not only from patient-derived blood, but also from allogeneic sources. Thereby, ITD-reactive T cells were detected more readily and at higher frequencies in umbilical cord blood than in buffy coat lymphocytes. It occurred that peptide specificity and HLA restriction of allogeneic, ITD-reactive T cells were identical to autologous patient-derived T cells. As shown herein, allogeneic, FLT3-ITD-reactive T cells can be used for the identification of FLT3-ITD-encoded peptides, e.g. for future therapeutic vaccination studies. In addition, these T cells or their receptors can be applied to adoptive transfer.

Etablierung eines humanisierten Mausmodells zur In-vivo-Analyse von DC-adressierenden Nanopartikeln

In dieser Arbeit wurde zunächst ein humanisiertes Mausmodell entwickelt für die Analyse von humanen DCs in vivo. Darüber hinaus wurden erste Versuche mit Nanopartikelbeladenen DCs durchgeführt, mit der Intention, durch diese Kombination humane DCs zu untersuchen. Es wurden immunsupprimierte NOD/LtSz-scid IL2R (NSG) Mäuse verwendet und mit humanen CD34+ PBSCs transplantiert. Es wurden insgesamt 14 Modelle getestet, mit einer durchschnittlichen Humanisierungsrate von 76 %. In allen Modellen konnten ab Woche sechs nach Transplantation humane CD45+ Zellen sowie humane Bund NK-Zellen und CD14+ Monozyten gefunden werden. Darüber hinaus waren myeloide DC-Vorläuferzellen, konventionelle HLA DR CD11c DCs (cDCs) und plasmazytoide DCs (pDCs) vorhanden. Humane T-Zellen konnten nicht vor Woche 18 nach Transplantation beobachtet werden. Neben der Rekonstitution humaner DCs in peripheren Organen, wurde ebenfalls nach gewebsständigen DCs, insbesondere den Langerhans Zellen (LCs) der Epidermis geschaut. Waren humane LC vorhanden, konnten diese ab Woche zwölf nach Transplantation in der murinen Epidermis detektiert werden. Diese waren konstant bis in Woche 30 nach Transplantation nachweisbar. In Hinblick auf die Etablierung der DCs in diesem humanisierten Mausmodells wurden verschiedene Einflussgrößen getestet. IL-7 führte zu keiner veränderten Hämatopoese, wohingegen Flt3L zu einer Zunahme von CD14+ Monozyten und cDCs führte. Darüber hinaus konnte eine drastische Abnahmernhumaner B-Zellen beobachtet werden. Es zeigte sich, dass der Zeitpunkt der Flt3LrnApplikation einen entscheidenen Faktor für den Effekt von Flt3L auf die Rekonstitution humaner Zellen darstellt. Für die in dieser Arbeit durchgeführten funktionellen in vivo Studien, wurden humanisierten Mäusen alloreaktive CD8+ T-Zellen appliziert. Somit sollte die Funktionalität der rekonstituierten humanen APCs getestet werden. Es wurde deutlich, dass Monozyten und DCs ihre Funktionalität erst ab Woche 14 nach Transplantation zu entwickeln schienen,rnwohingegen B-Zellen bereits zu früheren Zeitpunkten als Zielzellen für die alloreaktiven T-Zellen dienten. Dies wurde durch den Rückgang der jeweiligen Zellen nach Applikation der T-Zellen sichtbar. Zu erwähnen ist, dass das Anwachsen einer humanen Hämatopoese stark spenderabhängig ist und somit keine allgemeingültigen Aussagen hinsichtlich der in vivo Funktion getroffen werden können. Um im Gewebe verbliebende APCs zu manipulieren gibt es verschiedene Möglichkeiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf Polystyren-basierende Nanopartikel getestet. Die verwendeten Partikel hatten eine Größe von 80 bis 160 nm und waren unfunktionalisiert oder mit Amino- bzw. Carboxy-Gruppen versehen. Zusätzlich wurden die Partikel mit BODIPY (Durchflusszytometrie und kLSM-Messungen), einem Infrarotnahem Farbstoff IR 780 (BFI-Messungen) und Platin (in vivo Messungen) beladen. Der Carboxy-funktionalisierte Partikel zeigte den geringsten Einfluss auf die Vitalität von humanen DCs, wohingegen der Amino-funktionalisierte Partikel bei steigender Konzentration toxisch wirkte. Bei unfunktionalisierten Partikeln stieg die Toxizität bei zunehmender Konzentration. Hinsichtlich der Expression diverser DC spezifischer Oberflächenmoleküle nach Beladung mit Nanopartikeln zeigte sich, dass allein der unfunktionalisierte, mit Lutensol AT50 hergestellte Partikel zu einer leichten Hochregulation von MHC-Klasse-II Molekülen führte. Die Expression von CD86 wurde im Gegenzug nur durch die Beladung mit den Amino-, bzw. Carboxy funktionalisierten Partikeln und dem unfunktionalisierten, mit SDS hergestellten Partikel leicht gesteigert. Trotz der teilweise leicht veränderten Expression von Oberflächenmarkern, konnte mit Hilfe von IFN-g ELISpots keine Beeinflussungrnder Funktion als APCs von Nanopartikel-beladenen DCs beobachtet werden. In den in vivo Untersuchungen zeigten alle vier Partikel eine konstante Zirkulation imrnOrganismus und konnten bis 96 h nach Applikation nachgewiesen werden. Alle Partikel konnten primär in der Leber detektiert werden, wobei der unfunktionalisierte, mit Lutensol AT50 hergestelle Partikel das weiteste Verbreitungsmuster zeigte. Erste Versuche im humanisierten Mausmodell zeigten keine Beeinflussung der Verteilung und Kinetik von Nanopartikeln durch die humane Hämatopoese. Mit dem in dieser Arbeit etablierten humanisierten Mausmodell ist es möglich, die Entwicklung, Differenzierung, Aktivierung und Funktionalität humaner DCs in vivo zu untersuchen. Darüber hinaus kann das gezielte Adressieren von DCs in vivo analysiert werden, was sowohl die Möglichkeit der Manipulation von DCs zur Vermeidung einer akuten GvHD bietet als auch Verwendung in anderen DC-vermittelten Therapien (z.B.Vakzinationsstudien) findet.

Immunregulatorische Mechanismen bei einer experimentellen akuten Graft-versus-Host-Disease

Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation ist bereits seit mehreren Jahrzehnten zur Therapie von Leukämien und anderen malignen Erkrankungen etabliert, aber ihre Effektivität wird durch Graft-versus-Host Reaktionen weiterhin deutlich eingeschränkt. Um die zu Grunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen und Möglichkeiten zur Modulation zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit verschiedene Ansätze verfolgt.rnRegulatorische T-Zellen sind in der Lage allogene T-Zell-Antworten, wie sie auch bei einer GvH-Erkrankung auftreten zu supprimieren. Es konnte gezeigt werden, dass dies unabhängig von Interleukin-10 geschieht, dafür jedoch ein kontaktabhängiger Mechanismus eine wichtige Rolle spielt. Dabei wird cAMP von Treg über Gap-Junctions in allogene Dendritische Zellen übertragen und deren Aktivierung dadurch verhindert. Versuche zur Modulation dieses Mechanismus mithilfe von Phosphodiesterase-Inhibitoren haben gezeigt, dass diese nicht nur die suppressiven Fähigkeiten von Treg verbessern, sondern ebenfalls direkt auf die T-Zellen einwirken, die schließlich die GvH-Erkrankung auslösen. Diese Ergebnisse konnten in vivo bestätigt werden und zeigen somit einen möglichen Ansatz hin zu einer kombinierten zellulären und pharmakologischen Therapie von GvH-Erkrankungen. Ein großer Vorteil dabei wäre, dass bereits eine Palette an PDE-Inhibitoren in der Klinik zur Verfügung steht.rnInterleukin-10 ist ein immunsuppressives und anti-inflammatorisches Zytokin, dem bei der Regulation des Immunsystems eine wichtige Rolle zukommt. Wie in dieser und anderen Arbeiten gezeigt, ist diese Funktion von IL-10 auch bei GvH-Erkrankungen essentiell. Ein Ziel war es daher, die Zellpopulationen, die für die Produktion des Zytokins verantwortlich sind, zu identifizieren. Mittels einer IL-10 Reporter-Maus konnten B-Zellen vom Spender, wie auch vom Empfänger als IL-10 Produzenten ausgemacht werden. Darüberhinaus zeigen die so gefundenen Zellen auch einen typischen Phänotyp für sog. immunregulatorische B-Zellen. Transplantationsexperimente mit Mäusen, die einen B-Zell-spezifischen Knock-out für IL-10 tragen, konnten die Relevanz der B Zellen als IL-10 Produzenten in vivo belegen.rnDendritische Zellen sind sehr potente Antigenpräsentierende Zellen und somit in der Lage GvH-Reaktionen zu induzieren. Überraschenderweise ist das Überleben von Versuchsmäusen, denen alle DC oder auch nur die BATF3-abhängige Subpopulation der CD8α+ DC fehlt, nicht besser als das des WT, sondern sogar deutlich schlechter. Dies geht einher mit entsprechenden Veränderungen im Zytokinmilieu der peripheren lymphatischen Organe. Bei Abwesenheit der CD8α+ DC sind die Zellen der mesenterialen Lymphknoten nach dem Konditionierungsprotokoll stärkere Stimulatoren für allogene T-Zell-Proliferation, was eine Erklärung für die stärkere GvH-Erkrankung ist. Eine Erklärung für diese Befunde liefert die verringerte Anzahl an Treg, die nach einer Transplantation in Abwesenheit der CD8α+ DC zu beobachten ist.rnDie aufgezeigten immunsupressiven Mechanismen stellen gute Ansatzpunkte dar, um GvH-Erkrankungen besser zu verstehen und damit die Effektivität der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation zu verbessern.rn

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.

Induktion tolerogener dendritischer Zellen zur Suppression von experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis und Kontaktallergie

Dendritische Zellen (DC) spielen als professionelle antigenpräsentierende Zellen (APC) eine zentrale Rolle in der Aktivierung und Regulierung antigenspezifischer Immunantworten. Aus diesem Grund wird der therapeutische Einsatz von DC zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien sowie zur Tumorbekämpfung erforscht. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit untersuchten wir das Potenzial einer biolistischen DNA-Vakzinierung zur Induktion tolerogener DC in vivo. Im Tiermodell der Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein Peptid 35-55 (MOGp35-55) induzierten experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) sollte mittels präventiver biolistischer Kovakzinierung von Plasmid-DNA kodierend für MOG und die immunregulatorischen Zytokine TGFβ oder IL-10 eine protektive Immunität induziert werden. Die MOG-Expression stand dabei entweder unter der Kontrolle des ubiquitär aktiven CMV-Promotors oder des murinen Fascin-Promotors, um eine ektopische MOG-Expression spezifisch in dermalen DC und Langerhanszellen zu erreichen. Dass MOGp35-55-präsentierende DC nach biolistischer DNA-Vakzinierung von der Haut in die drainierenden Lymphknoten migrieren und dort T-Zellen aktivieren, konnte im Vorfeld anhand einer substanziellen Proliferation von MOGp35-55-reaktiven 2D2 T-Zellen nachgewiesen werden. Im präventiven Ansatz der MOGp35-55-induzierten EAE zeigten Mäuse, die mit MOG-kodierenden Plasmiden biolistisch transfiziert wurden, eine leicht reduzierte EAE-Symptomatik. Die Kotransfektion von MOG und TGFβ führte zu einer Verstärkung der EAE-Suppression – unabhängig davon, ob die MOG-Expression unter der Kontrolle des CMV- oder des Fascin-Promotors stand. Interessanterweise resultierte die Koapplikation von MOG- und IL-10-kodierender Plasmid-DNA nur bei DC-fokussierter MOG-Expression zu reduzierter EAE-Symptomatik. Für biolistische DNA-Vakzinierungen stellt somit der Fascin-Promotor eine potente Alternative zu viralen Promotoren dar. Entsprechend der milderen EAE-Symptome beobachteten wir bei behandelten EAE-Mäusen einen geringeren Grad an Demyelinisierung sowie eine reduzierte Infiltration des ZNS mit IFNγ-produzierenden CD4+ Th1- und IL-17-produzierenden CD4+ Th17-Zellen. Desweiteren zeigten Milzzellen ex vivo nach MOGp35-55-Restimulation eine inhibierte Proliferation und eine signifikant reduzierte IFNγ- und IL-17-Zytokinproduktion. Überraschenderweise ging die antigenspezifische Immunsuppression nicht mit der Expansion von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen einher. Da die Milzen aber erhöhte Mengen an CD8+IFNγ+ T-Zellen aufweisen, könnte ein zytotoxisch-suppressiver Mechanismus für die Inhibition der Th1- und Th17-Immunantwort verantwortlich sein. Nachfolgende Untersuchungen sind notwendig, um die induzierten immunologischen Mechansimen mittels biolistischer DNA-Vakzinierung aufzuklären. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Generierung von tolerogenen DC in vitro. Dafür wurden murine Knochenmarkszellen unter DC-differenzierenden Bedingungen in Gegenwart des synthetischen Glucocorticoids Dexamethason (DEX) kultiviert. Die DEX-Zugabe führte zur Differenzierung von APC mit geringer CD11c-Expression. DEX-APC waren in vitro weitestgehend gegen LPS stimulierungsresistent und zeigten eine reduzierte Expression von MHC-II und den kostimulatorischen Molekülen CD80, CD86 und CD40. Ihrem tolerogenen Phänotyp entsprechend besaßen DEX-APC ein geringeres syngenes T-Zellstimulierungspotenzial als unbehandelte BM-DC. Anhand der erhöhten Oberflächenexpression von CD11b, GR1 und F4/80 besteht eine phänotypische Ähnlichkeit zu myeloiden Suppressorzellen. Die Fähigkeit von DEX-APC in vivo antigenspezifische Toleranz zu induzieren, wurde durch einen therapeutischen Ansatz im murinen Krankheitsmodell der Kontaktallergie überprüft. Die therapeutische Applikation von DEX-APC führte hierbei im Vergleich zur Applikation von PBS oder unbehandelten BM-DC zu einer signifikant reduzierten Ohrschwellungsreaktion. Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse dieser Arbeit, dass potente tolerogene DC sowohl in vivo als auch in vitro induziert werden können. Dass diese Zellpopulation effektiv antigenspezifische Immunreaktionen supprimieren kann, macht sie zu einem vielversprechenden Werkzeug in der Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien.rn

Effects of TLR agonists on the hypoxia-regulated transcription factor HIF-1alpha and dendritic cell maturation under normoxic conditions

Dendritic cells (DC) are professional antigen presenting cells that represent an important link between innate and adaptive immunity. Danger signals such as toll-like receptor (TLR) agonists induce maturation of DC leading to a T-cell mediated adaptive immune response. In this study, we show that exogenous as well as endogenous inflammatory stimuli for TLR4 and TLR2 induce the expression of HIF-1alpha in human monocyte-derived DC under normoxic conditions. On the functional level, inhibition of HIF-1alpha using chetomin (CTM), YC-1 and digoxin lead to no consistent effect on MoDC maturation, or cytokine secretion despite having the common effect of blocking HIF-1alpha stabilization or activity through different mechanisms. Stabilization of HIF-1alpha protein by hypoxia or CoCl(2) did not result in maturation of human DC. In addition, we could show that TLR stimulation resulted in an increase of HIF-1alpha controlled VEGF secretion. These results show that stimulation of human MoDC with exogenous as well as endogenous TLR agonists induces the expression of HIF-1alpha in a time-dependent manner. Hypoxia alone does not induce maturation of DC, but is able to augment maturation after TLR ligation. Current evidence suggests that different target genes may be affected by HIF-1alpha under normoxic conditions with physiological roles that differ from those induced by hypoxia.

Urinary soluble HLA-DR is a potential biomarker for acute renal transplant rejection

BACKGROUND.: Urine is a potentially rich source of biomarkers for monitoring kidney dysfunction. In this study, we have investigated the potential of soluble human leukocyte antigen (sHLA)-DR in the urine for noninvasive monitoring of renal transplant patients. METHODS.: Urinary soluble HLA-DR levels were measured by sandwich enzyme-linked immunosorbent assay in 103 patients with renal diseases or after renal transplantation. sHLA-DR in urine was characterized by Western blotting and mass spectrometry. RESULTS.: Acute graft rejection was associated with a significantly elevated level of urinary sHLA-DR (P<0.0001), compared with recipients with stable graft function or healthy individuals. A receiver operating characteristic curve analysis showed the area under the curve to be 0.88 (P<0.001). At a selected threshold, the sensitivity was 80% and specificity was 98% for detection of acute renal transplant rejection. sHLA-DR was not exosomally associated and was of lower molecular weight compared with the HLA-DR expressed as heterodimer on the plasma membrane of antigen-presenting cells. CONCLUSIONS.: sHLA-DR excreted into urine is a promising indicator of renal transplant rejection.

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.

Etiology and pathogenesis of adverse drug reactions

In clinical routine, adverse drug reactions (ADR) are common, and they should be included in the differential diagnosis in all patients undergoing drug treatment. Only part of those ADR are immune-mediated hypersensitivity reactions and thus true drug allergies. Far more common are non-immune-mediated ADR, e.g. due to the pharmacological properties of the drug or to the individual predisposition of the patient (enzymopathies, cytokine dysbalance, mast cell hyperreactivity). In true drug allergiesT cell- and immunoglobulin E (lgE)-mediated reactions dominate the clinical presentation. T cell-mediated ADR usually have a delayed appearance and include skin eruptions in most cases. Nevertheless, it should not be forgotten that they may involve systemic T cell activation and thus take a severe, sometimes lethal turn. Clinical danger signs are involvement of mucosal surfaces, blistering within the exanthematous skin areas and systemic symptoms, e.g. fever or malaise. Drug presentation via antigen-presenting cells to T cells can either involve the classical pathway of haptenization of endogenous proteins or be directly mediated via noncovalent binding to immune receptors (MHC molecules or T cell receptors), the so-called p-i concept. Flare-up reactions during the acute phase of T cell-mediated ADR should not be mistaken for true drug allergies, as they only occur in the setting of a highly activated T cell pool. IgE-mediated ADR are less frequent and involve mast cells and/or basophils as peripheral effector cells. Recent data suggest that certain patients with drug allergy have a preexistent sensitization although they have never been exposed to the culprit drug, probably due to cross-reactivity. Thus, allergic drug reactions on first encounter are possible. In general, the extent of cross-reactivity is higher in IgE-compared to T cell-mediated ADR. Based on a specific ethnic background and only for severe T cell-mediated ADR to certain drugs, a strong HLA association has been established recently.

Intraperitoneal Echinococcus multilocularis infection in C57BL/6 mice affects CD40 and B7 costimulator expression on peritoneal macrophages and impairs peritoneal T cell activation

One of the most important immunopathological consequence of intraperitoneal alveolar echinococcosis (AE) in the mouse is suppression of T cell-mediated immune responses. We investigated whether and how intraperitoneal macrophages (MØs) are, respectively, implicated as antigen-presenting cells (APCs). In a first step we showed that peritoneal MØs from infected mice (AE-MØs) exhibited a reduced ability to present a conventional antigen (chicken ovalbumin, C-Ova) to specific responder lymph node T cells. In a subsequent step, AE-MØs as well as naïve MØs (positive control) proved their ability to uptake and process C-Ova fluorescein isthiocyanate (FITC). Furthermore, in comparison with naïve MØs, the surface expression of Ia molecules was up-regulated on AE-MØs at the early stage of infection, suggesting that AE-MØs provide the first signal via the antigen-Ia complex. To study the accessory activity of MØs, AE-MØs obtained at the early and late stages of infection were found to decrease Con A-induced proliferation of peritoneal naïve T cells as well as of AE-sensitized peritoneal T cells, in contrast to stimulation with naïve MØs. The status of accessory molecules was assessed by analysing the expression level of costimulatory molecules on AE-MØs, with naïve MØs as controls. It was found that B7-1 (CD80) and B7-2 (CD86) expression remained unchanged, whereas CD40 was down-regulated and CD54 (= ICAM-1) was slightly up-regulated. In a leucocyte reaction of AE-MØs with naïve or AE-T cells, both types of T cells increased their proliferative response when CD28 - the ligand of B7 receptors - was exposed to anti-CD28 in cultures. Conversely to naïve MØs, pulsing of AE-MØs with agonistic anti-CD40 did not even partially restore their costimulatory activity and failed to increase naïve or AE-T cell proliferation. Neutralizing anti-B7-1, in combination with anti-B7-2, reduced naïve and AE-T cell proliferation, whereas anti-CD40 treatment of naïve MØs increased their proliferative response to Con A. These results point at the key role of B7 receptors as accessory molecules and the necessity of the integrity of CD40-expression by naïve MØs to improve their accessory activity. Taken together, the obstructed presenting-activity of AE-MØs appeared to trigger an unresponsiveness of T cells, contributing to the suppression of their clonal expansion during the chronic phase of AE-infection.

Molecular survival strategies of Echinococcus multilocularis in the murine host

Larval infection with Echinococcus multilocularis starts with the intrahepatic postoncospheral development of a metacestode that-at its mature stage-consists of an inner germinal and an outer laminated layer (GL ; LL). In certain cases, an appropriate host immune response may inhibit parasite proliferation. Several lines of evidence obtained in vivo and in vitro indicate the important bio-protective role of the LL. For instance, the LL has been proposed to protect the GL from nitric oxide produced by periparasitic macrophages and dendritic cells, and also to prevent immune recognition by surrounding T cells. On the other hand, the high periparasitic NO production by peritoneal exsudate cells contributes to periparasitic immunosuppression, explaining why iNOS deficienct mice exhibit a significantly lower susceptibility towards experimental infection. The intense periparasitic granulomatous infiltration indicates a strong host-parasite interaction, and the involvement of cellular immunity in control of the metacestode growth kinetics is strongly suggested by experiments carried out in T cell deficient mouse strains. Carbohydrate components of the LL, such as Em2(G11) and Em492, as well as other parasite metabolites yield immunomodulatory effects that allow the parasite to survive in the host. I.e., the IgG response to the Em2(G11)-antigen takes place independently of alpha-beta+CD4+T cells, and in the absence of interactions between CD40 and CD40 ligand. Such parasite molecules also interfere with antigen presentation and cell activation, leading to a mixed Th1/Th2-type response at the later stage of infection. Furthermore, Em492 and other (not yet published) purified parasite metabolites suppress ConA and antigen-stimulated splenocyte proliferation. Infected mouse macrophages (AE-MØ) as antigen presenting cells (APC) exhibited a reduced ability to present a conventional antigen (chicken ovalbumin, C-Ova) to specific responder lymph node T cells when compared to normal MØ. As AE-MØ fully maintain their capacity to appropriately process antigens, a failure in T cell receptor occupancy by antigen-Ia complex or/and altered co-stimulatory signals can be excluded. Studying the status of accessory molecules implicated in T cell stimulation by MØ, it could be shown that B7-1 (CD80) and B7-2 (CD86) remained unchanged, whereas CD40 was down-regulated and CD54 (=ICAM-1) slightly up-regulated. FACS analysis of peritoneal cells revealed a decrease in the percentage of CD4+ and CD8+T cells in AE-infected mice. Taken together the obstructed presenting-activity of AE-MØ appeared to trigger an unresponsiveness of T cells leading to the suppression of their clonal expansion during the chronic phase of AE infection. Interesting information on the parasite survival strategy and potential can be obtained upon in vitro and in vivo treatment. Hence, we provided very innovative results by showing that nitazoxanide, and now also, respectively, new modified compounds may represent a useful alternative to albendazole. In the context of chemotherapeutical repression of parasite growth, we searched also for parasite molecules, whose expression levels correlate with the viability and growth activity of E. multilocularis metacestode. Expression levels of 14-3-3 and II/3-10, relatively quantified by realtime reverse transcription-PCR using a housekeeping gene beta-actin, were studied in permissive nu/nu and in low-permissive wild type BALB/c mice. At 2 months p.i., the transcription level of 14-3-3 was significantly higher in parasites actively proliferating in nu/nu mice compared to parasites moderately growing in wild type mice. Immunoblotting experiments confirmed at the protein level that 14-3-3 was over-expressed in parasites derived from nu/nu mice at 2 months p.i. In vitro-treatment of E. multilocularis with an anti-echinococcal drug nitazoxanide for a period of 8 days resulted in a significant decrease of both 14-3-3 and II/3-10 transcription levels,

Caprine Arthritis Encephalitis Complex

The caprine arthritis encephalitis virus (CAEV) is a lentivirus that persistently infects goats and sheep. The finding thatCAEV and Maedi-Visna viruses frequently cross the species barrier between goats and sheep, and vice versa, has changedour view of the epidemiology of these viruses that are now referred to assmall ruminant lentiviruses (SRLV).CAEV is transmitted from infected mothers to their offspring, mainly via ingestion of infected colostrum and milk. Thispermits the implementation of control measures based on the segregation ofnewborn kids immediately after birth thatsuccessfully cut the seroprevalence in infected flocks, eliminating CAEV induced clinical disease. CAEV induces overtpathology in about one third of the infected animals. The frequency of affected animals varies in different goat families,pointing to an important genetic component in this disease. The principal manifestations areencephalitis and interstitialpneumonia in young animals,whereas arthritis and mastitispredominate in adult goats. The immunopathologicalmechanisms leading to diseaseare to date unclear and involve the principal components ofthe immune system, i.e., theprofessional antigen presenting cells, which are the principal target of CAEV, and whose activity, e.g., cytokine production,is modulated by the infection, and the B- and T-cell immune responses that are alsomanipulated by the virus.In vivo,infected animals usually have low viral loads, indicating that virus replication istightly restricted by mechanisms thatremain unclear. Finally, the complex biology of SRLV makes them a great challenge for diagnostic laboratories.In this brief review, the literature pertinent toall these aspects is summarized and discussed.

The blood-central nervous system barriers actively control immune cell entry into the central nervous system

Before entering the central nervous system (CNS) immune cells have to penetrate any one of its barriers, namely either the endothelial blood-brain barrier, the epithelial blood-cerebrospinal fluid barrier or the tanycytic barrier around the circumventricular organs, all of which maintain homeostasis within the CNS. The presence of these barriers in combination with the lack of lymphatic vessels and the absence of classical MHC-positive antigen presenting cells characterizes the CNS as an immunologically privileged site. In multiple sclerosis a large number of inflammatory cells gains access to the CNS parenchyma. Studies performed in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a rodent model for multiple sclerosis, have enabled us to understand some of the molecular mechanisms involved in immune cell entry into the CNS. In particular, the realization that /alpha4-integrins play a predominant role in leukocyte trafficking to the CNS has led to the development of a novel drug for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis, which targets /alpha4-integrin mediated immune cell migration to the CNS. At the same time, the involvement of other adhesion and signalling molecules in this process remains to be investigated and novel molecules contributing to immune cell entry into the CNS are still being identified. The entire process of immune cell trafficking into the CNS is strictly controlled by the brain barriers not only under physiological conditions but also during neuroinflammation, when some barrier properties are lost. Thus, immune cell entry into the CNS critically depends on the unique characteristics of the brain barriers maintaining CNS homeostasis.

The blood-brain and the blood-cerebrospinal fluid barriers: function and dysfunction

The central nervous system (CNS) is tightly sealed from the changeable milieu of blood by the blood-brain barrier (BBB) and the blood-cerebrospinal fluid (CSF) barrier (BCSFB). While the BBB is considered to be localized at the level of the endothelial cells within CNS microvessels, the BCSFB is established by choroid plexus epithelial cells. The BBB inhibits the free paracellular diffusion of water-soluble molecules by an elaborate network of complex tight junctions (TJs) that interconnects the endothelial cells. Combined with the absence of fenestrae and an extremely low pinocytotic activity, which inhibit transcellular passage of molecules across the barrier, these morphological peculiarities establish the physical permeability barrier of the BBB. In addition, a functional BBB is manifested by a number of permanently active transport mechanisms, specifically expressed by brain capillary endothelial cells that ensure the transport of nutrients into the CNS and exclusion of blood-borne molecules that could be detrimental to the milieu required for neural transmission. Finally, while the endothelial cells constitute the physical and metabolic barrier per se, interactions with adjacent cellular and acellular layers are prerequisites for barrier function. The fully differentiated BBB consists of a complex system comprising the highly specialized endothelial cells and their underlying basement membrane in which a large number of pericytes are embedded, perivascular antigen-presenting cells, and an ensheathment of astrocytic endfeet and associated parenchymal basement membrane. Endothelial cell morphology, biochemistry, and function thus make these brain microvascular endothelial cells unique and distinguishable from all other endothelial cells in the body. Similar to the endothelial barrier, the morphological correlate of the BCSFB is found at the level of unique apical tight junctions between the choroid plexus epithelial cells inhibiting paracellular diffusion of water-soluble molecules across this barrier. Besides its barrier function, choroid plexus epithelial cells have a secretory function and produce the CSF. The barrier and secretory function of the choroid plexus epithelial cells are maintained by the expression of numerous transport systems allowing the directed transport of ions and nutrients into the CSF and the removal of toxic agents out of the CSF. In the event of CNS pathology, barrier characteristics of the blood-CNS barriers are altered, leading to edema formation and recruitment of inflammatory cells into the CNS. In this review we will describe current knowledge on the cellular and molecular basis of the functional and dysfunctional blood-CNS barriers with focus on CNS autoimmune inflammation.

Exploring the MHC-peptide matrix of central tolerance in the human thymus

Ever since it was discovered that central tolerance to self is imposed on developing T cells in the thymus through their interaction with self-peptide major histocompatibility complexes on thymic antigen-presenting cells, immunologists have speculated about the nature of these peptides, particularly in humans. Here, to shed light on the so-far unknown human thymic peptide repertoire, we analyse peptides eluted from isolated thymic dendritic cells, dendritic cell-depleted antigen-presenting cells and whole thymus. Bioinformatic analysis of the 842 identified natural major histocompatibility complex I and II ligands reveals significant cross-talk between major histocompatibility complex-class I and II pathways and differences in source protein representation between individuals as well as different antigen-presenting cells. Furthermore, several autoimmune- and tumour-related peptides, from enolase and vimentin for example, are presented in the healthy thymus. 302 peptides are directly derived from negatively selecting dendritic cells, thus providing the first global view of the peptide matrix in the human thymus that imposes self-tolerance in vivo.