Einfluss subviraler Partikel des humanen Cytomegalovirus auf die Induktion der antiviralen Immunantwort

Das humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein opportunistischer Krankheitserreger, der insbesondere bei Patienten mit unreifem oder geschwächtem Immunsystem schwere, teilweise lebensbedrohliche Erkrankungen verursacht. Aufgrund der klinischen Relevanz wird die Entwicklung einer Impfung gegen HCMV mit großem Nachdruck verfolgt. Subvirale Partikel des HCMV, sogenannte Dense Bodies (DB), stellen eine vielversprechende Impfstoff-Grundlage dar. Die innere Struktur der Partikel besteht aus viralen Proteinen, die als dominante Antigene der zellulären Immunantwort gegen HCMV identifiziert wurden. Die äußere Hülle der Partikel entspricht der Virushülle, sie enthält die viralen Oberflächenproteine als Zielantigene der neutralisierenden Antikörper (NTAk)-Antwort in ihrer natürlichen Konformation. Die für ein Totantigen außergewöhnlich hohe Immunogenität der Partikel wurde bereits in Vorarbeiten dokumentiert. Ein Ziel dieser Arbeit war es, den molekularen Hintergrund für die herausragenden, immunogenen Eigenschaften von DB aufzuklären. Im ersten Teil der Arbeit wurde daher die Hypothese geprüft, dass DB geeignet sind, die Ausreifung und Aktivierung von dendritischen Zellen (DC) zu vermitteln und damit deren Fähigkeit zur Antigenpräsentation zu stimulieren. Derart aktivierten DC kommt eine wichtige Rolle beim Priming der T-lymphozytären Immunantwort zu. In der Tat konnte gezeigt werden, dass die Behandlung von unreifen dendritischen Zellen (iDC) mit DB zu verstärkter Expression von solchen Molekülen auf der DC-Oberfläche führt, die mit Ausreifung der Zellen verknüpft sind. Der Nachweis der verstärkten Freisetzung proinflammatorischer Zytokine belegte die Aktivierung der Zellen im Sinne einer entzündlichen Reaktion. Die erfolgreiche Stimulation von CD4 und CD8 T-Lymphozyten durch DB-behandelte DC belegte schließlich die funktionelle Relevanz der Ergebnisse. Zusammengefasst konnten in diesem Abschnitt der Arbeit die molekularen Grundlagen der adjuvanten Wirkung von DB aufgeklärt werden. rnIn einem zweiten Abschnitt wurde die NTAk-Antwort nach DB-Immunisierung näher untersucht. Der humoralen Immunantwort kommt eine entscheidende Bedeutung bei der Prävention der HCMV-Übertragung zu. Hier galt es zu prüfen, welchen Einfluss stammspezifische Unterschiede in der Expression viraler Oberflächenproteine auf die Induktion der NTAk-Antwort nach DB-Immunisierung nehmen. Im Fokus stand dabei die variable Expression des pentameren Proteinkomplexes aus den viralen Proteinen gH/gL/pUL128-UL131A. Dieser Komplex wird nur von kliniknahen HCMV-Stämmen (HCMVKlin) exprimiert und ist für deren breiten Zelltropismus verantwortlich. Der pentamere Komplex fehlte in allen bisherigen Analysen der DB-Immunogenität, die auf der Grundlage von Laborstämmen des HCMV (HCMVLab) durchgeführt worden waren. Ein erster Versuchsansatz zeigte, dass die NTAk-Antwort, die durch DB von HCMVLab (DBLab) induziert wird, auch gegen die Infektion mit HCMVKlin einen gewissen Schutz vermittelt. Dies war ein überraschender Befund, da Antikörpern gegen den pentameren Komplex eine entscheidende Rolle bei der Neutralisation von HCMVKlin zugeschrieben wurde. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass Antikörper gegen andere Zielstrukturen zur Neutralisation von HCMVKlin beitragen. Hieraus resultierte unmittelbar die Frage, inwieweit eine Aufnahme des pentameren Komplexes in einen DB-basierten Impfstoff überhaupt notwendig war. Um dies zu beantworten war es notwendig, DB herzustellen, die den pentameren Komplex enthielten. Hierzu wurde ein HCMVLab durch Mutagenese des 235 kpb Genoms so modifiziert, dass von dem resultierenden Stamm der pentamere Komplex exprimiert wurde. In gereinigten DB dieses Stammes konnten die Komponenten des pentameren Komplexes nachgewiesen werden. Die Seren von Tieren, die mit DB dieses neuen Stammes immunisiert wurden, zeigten in der Tat eine deutlich gesteigerte Kapazität zur Neutralisation von HCMVKlin auf verschiedenen Zielzellen. Diese Ergebnisse unterstreichen schlussendlich, dass die Expression des pentameren Komplexes einen Vorteil bei der Induktion der antiviralen NTAk-Antwort erbringt. Zusammengefasst liefern die Erkenntnisse aus dieser Arbeit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der immunogenen Wirkung von DB. Auf dieser Grundlage war es nunmehr möglich, ein Projekt zur Austestung der DB-Vakzine in einer ersten klinischen Studie zu initiieren.

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.

Molekulare Grundlagen der Immunkontrolle des murinen Cytomegalovirus in Gegenwart viruskodierter Immunevasine

Die Kontrolle der Infektion mit dem humanen Cytomegalovirus (HCMV) wird primär durch antivirale CD8 T-Zellen vermittelt. Während der Koevolution zwischen Virus und Wirt wurden Immunevasionsmechanismen entwickelt, die direkt die Expression der Peptid-MHC-Klasse-I-Komplexe an der Zelloberfläche beeinflussen und es dem Virus ermöglichen, der Immunkontrolle des Wirtes zu entkommen. Da HCMV und das murine CMV (mCMV) zum Teil analoge Strategien zur Modulation des MHC-Klasse-I-Antigen-Präsentationswegs entwickelt haben, wurde in der vorliegenden Arbeit auf das experimentelle Modell mit mCMV zurückgegriffen. Die für die Immunevasion verantwortlichen Genprodukte m04/gp34, m06/gp48 und m152/gp40 werden aufgrund ihres regulatorischen Einflusses auf die Antigenpräsentation als vRAPs (viral regulators of antigen presentation) bezeichnet. Diese interferieren mit dem Transport Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Moleküle und reduzieren in ihrer konzertierten Wirkung die Präsentation viraler Peptide an der Zelloberfläche.rnDie Transplantation hämatopoietischer Zellen nach Immunoablation stellt eine etablierte Therapieform bei malignen hämatologischen Erkrankungen dar. Zwischen Immunoablation und der Rekonstitution des Immunsystems sind die Empfänger der transferierten Zellen stark immunsupprimiert und anfällig für eine CMV-Erkrankung bei Reaktivierung des Virus. Neben der Gabe antiviraler Medikamente ist der adoptive Transfer antiviraler CD8 T-Zellen eine vielversprechende Therapiemöglichkeit, um reaktivierende CMV zu kontrollieren, bis das körpereigene Immunsystem wieder funktionsfähig ist. Obwohl im murinen Modell sehr wohl etabliert, stellen im humanen System die eingeschränkte Wirkung und die Notwendigkeit der konsequenten Gabe hoher Zellzahlen gewisse logistische Schwierigkeiten dar, welche die Methode bisher von der klinischen Routine ausschließen.rnDas murine Modell sagte eine Rolle von IFN-γ voraus, da Depletion dieses Zytokins zu einer verminderten Schutzwirkung gegen die mCMV-Infektion führt.rnIm ersten Teil dieser Arbeit sollte ein möglicher inhibitorischer Effekt von m04 auf m152 untersucht werden, der bei der Rekombinanten Δm06W beobachtet wurde. Mit neu generierten Viren (Δm06L1+2) konnte dieser Effekt allerdings nicht bestätigt werden. Bei Δm06W fehlte jedoch eine höher N-glykosylierte Isoform des m152-Proteins. Um zu untersuchen, ob die N-Glykosylierung von m152 für seine Funktion notwendig ist, wurde ein rekombinantes Virus generiert, das in Folge einer Deletion aller 3 N-Glykosylierungssequenzen nur eine nicht-glykosylierte Isoform des m152-Proteins bilden kann. In Übereinstimmung mit der zwischenzeitlich publizierten Kristallstruktur das Komplexes von m152 und dem Liganden RAE-1 des aktivierenden NK-Zellrezeptors NKG2D konnte erstmals gezeigt werden, dass die Funktionen von m152 in der adaptiven und in der angeborenen Immunität auch von der nicht N-glykosylierten Isoform wahrgenommen werden können.rnIm zweiten Teil der Arbeit sollte mit Hilfe eines Sets an vRAP Deletionsmutanten der Einfluss von IFN γ auf die einzeln oder in Kombination exprimierten vRAPs untersucht werden. Es zeigte sich, dass Vorbehandlung der Zellen mit IFN-γ die Antigenprozessierung nach Infektion stark erhöht und die vRAPs dann nicht mehr in der Lage sind, die Präsentation aller Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Komplexe zu verhindern. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass vorher nicht-schützende CD8 T-Zellen Schutz vermitteln können, wenn das Gewebe der Rezipienten konstitutiv mit IFN-γ versorgt wird. Die zusätzliche Gabe von IFN-γ stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, den adoptiven Transfer als Therapie in der klinischen Routine einzusetzen.

Untersuchungen zur antitumoralen Wirkungsweise eines bispezifischen MCSP-CD3 Antikörpers in vitro und im humanisierten Tumormausmodell

Humanes MCSP ist ein gut charakterisiertes Tumorantigen, das auf der Mehrzahl aller malignen Melanome hoch exprimiert wird, und stellt somit eine gute Zielstruktur für immuntherapeutische Ansätze dar. rnInnerhalb der vorliegenden Arbeit wurden die Wirkmechanismen eines neuen bispezifischen Antikörpers, der gegen humanes MCSP und CD3 auf T-Zellen gerichtet ist, in vitro und im humanisierten Tumormausmodell in vivo untersucht. In humanen T Zellkokulturen induzierte der bispezifische MCSP-CD3 Antikörper in Gegenwart MCSP-positiver Melanomzellen konzentrationsabhängige T-Zellaktivierung, Sekretion von Zytokinen und effiziente Tumorzelllyse durch CD4- und CD8-positive T-Zellen. Die induzierte Lyse war hierbei unabhängig von der T-Zellrezeptorspezifität sowie kostimulatorischen Molekülen und allein abhängig von der Expression des Tumorantigens sowie CD3 auf den T-Zellen. Wie hier diskutiert, liegt es nahe, dass die Freisetzung lytischer Moleküle (Perforin und Granzym-B) durch CD8- und auch CD4 positiver T-Zellen den Hauptmechanismus in der Lyse der Melanomzellen darstellt. rnUm die Wirksamkeit in vivo testen zu können, wurde ein humanisiertes Tumormausmodell etabliert. Die Injektion humaner hämatopoetischer Stammzellen in neugeborene Rag2-/-gc-/- Mäuse führte zur Entwicklung funktioneller T-Zellen im murinen Thymus, welche lymphatische Organe besiedelten. In vitro induzierten die T-Zellen humanisierter Mäuse in Anwesenheit des bispezifischen MCSP-CD3 Antikörpers ebenfalls konzentrationsabhängige Lyse der Melanomzellen. Wie hier gezeigt, induzierte die Injektion humaner Melanomzellen in humanisierte Mäuse keine messbare Abstoβungsreaktion. Unter Behandlung mit MCSP-CD3 wurde zwar eine erhöhte Anzahl humaner T-Zellen im Tumorgewebe nachgewiesen, jedoch verfügte die verwendete Melanomzelllinie über eine geringe basale T Zellinfiltration, geringe Vaskularisierung und ein noduläres Wachstumsverhalten. Wie innerhalb dieser Arbeit diskutiert, kann durch die Kombination mit Therapien, die eine erhöhte T-Zellinfiltration in das Tumorgewebe ermöglichen, die Wirksamkeit von bispezifischen Antikörpern möglicherweise gesteigert werden. rn

Comparative analysis of canine monocyte- and bone-marrow-derived dendritic cells

Dendritic cells (DC) represent a heterogeneous cell family of major importance for innate immune responses against pathogens and antigen presentation during infection, cancer, allergy and autoimmunity. The aim of the present study was to characterize canine DC generated in vitro with respect to their phenotype, responsiveness to toll-like receptor (TLR) ligands and T-cell stimulatory capacity. DC were derived from monocytes (MoDC) and from bone marrow hematopoietic cells cultured with either Flt3-ligand (FL-BMDC) or with GM-CSF (GM-BMDC). All three methods generated cells with typical DC morphology that expressed CD1c, CD11c and CD14, similar to macrophages. However, CD40 was only found on DC, CD206 on MPhi and BMDC, but not on monocytes and MoDC. CD1c was not found on monocytes but on all in vitro differentiated cells. FL-BMDC and GM-BMDC were partially positive for CD4 and CD8. CD45RA was expressed on a subset of FL-BMDC but not on MoDC and GM-BMDC. MoDC and FL-DC responded well to TLR ligands including poly-IC (TLR2), Pam3Cys (TLR3), LPS (TLR4) and imiquimod (TLR7) by up-regulating MHC II and CD86. The generated DC and MPhi showed a stimulatory capacity for lymphocytes, which increased upon maturation with LPS. Taken together, our results are the basis for further characterization of canine DC subsets with respect to their role in inflammation and immune responses.

Prognostic impact of β-2-microglobulin expression in colorectal cancers stratified by mismatch repair status

β-2-microglobulin (B2M) is essential for antigen presentation, yet may also possess proto-oncogenic properties.

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,

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.

TAP deficiency syndrome: chronic rhinosinusitis and conductive hearing loss

Nose-ear-throat manifestations of immunodeficiency disorders represent a diagnostic challenge for clinicians as these diseases often constitute the initial sign for connective disorders or autoimmune disease. The history of chronic rhinosinusitis and conductive hearing loss is often non specific. Therefore attention to an HLA class I deficiency must be considered if the disease has not been diagnosed on routine examination. One of the syndromes is due to a defective TAP complex, the peptide transporter complex associated with antigen presentation. Herein, we report two sisters with TAP-deficiency. The treatment of choice for TAP-deficient patients is conservative.

Is The Allergen Really Needed in Allergy Immunotherapy?

Immunotherapy for type I allergies is well established and is regarded to be the most efficient treatment option besides allergen avoidance. As of today, different forms of allergen preparations are used in this regard, as well as different routes of application. Virus-like particles (VLPs) represent a potent vaccine platform with proven immunogenicity and clinical efficacy. The addition of toll-like receptor ligands and/or depot-forming adjuvants further enhances activation of innate as well as adaptive immune responses. CpG motifs represent intensively investigated and potent direct stimulators of plasmacytoid dendritic cells and B cells, while T cell responses are enhanced indirectly through increased antigen presentation and cytokine release. This article will focus on the function of VLPs loaded with DNA rich in nonmethylated CG motifs (CpGs) and the clinical experience gained in the treatment of allergic rhinitis, demonstrating clinical efficacy also if administered without allergens. Several published studies have demonstrated a beneficial impact on allergic symptoms by treatment with CpG-loaded VLPs. Subcutaneous injection of VLPs loaded with CpGs was tested with or without the adjuvant alum in the presence or absence of an allergen. The results encourage further investigation of VLPs and CpG motifs in immunotherapy, either as a stand-alone product or as adjuvants for allergen-specific immunotherapy.

Identification and characterization of a molecular marker in epithelial ovarian cancer

Carcinomas that arise from the ovarian surface epithelium represent a great challenge in gynecologic oncology. Although the prognosis of ovarian cancer is influenced by many factors capable of predicting clinical outcome, including tumor stage, pathological grade, and amount of residual disease following primary surgery, the biological aspects of ovarian cancer are not completely understood, thus implying that there may be other predictive indicators that could be used independently or in conjunction with these factors to provide a clearer clinical picture. The identification of additional markers with biological relevance is desirable. To identify disease-associated peptides, a phage display random peptide library was used to screen immunoglobulins derived from a patient with ovarian cancer. One peptide was markedly enriched following three rounds of affinity selection. The presence of autoantibodies against the peptide was examined in a panel of ovarian cancer patients. Stage IV patients exhibited a high percentage of positive reactivity (59%). This was in contrast to stage III patients, who only displayed 7% positive reactivity. Antibodies against the peptide were affinity purified, and heat-shock protein 90 (Hsp90) was identified as the corresponding autoantigen. The expression profile of the identified antigen was determined. Hsp90 was expressed in all sections examined regardless of degree of anaplasia. This thesis shows that utilizing the humoral response to ovarian cancer can be used to identify a tumor antigen in ovarian cancer. The data show that certain antigens may be expressed in ovarian tumors independent of the disease stage or grade, whereas circulating antibodies against such epitopes are only found in a subset of patients. ^

Lactoferrin: An adjuvant to enhance the efficacy of the BCG vaccine

Tuberculosis (TB), caused by Mycobacterium tuberculosis (MTB), is a disease with world wide consequences, affecting nearly a third of the world's population. The established vaccine for TB; an attenuated strain of Mycobacterium bovis Calmette Guerin (BCG), has existed virtually unchanged since 1921. Intensive research is focused on developing a TB vaccine that can surpass and improve the existing BCG vaccine. Lactoferrin, an iron binding protein found in mucosal secretions and granules of neutrophils was hypothesized to be an ideal adjuvant to enhance the efficacy of the BCG vaccine. Specifically, Lactoferrin enhanced the ratio of IL-12:IL-10 production from macrophages stimulated with LFS or infected with BCG, indicating the potential to affect T-cell development in vivo. Five different vaccination protocols were investigated for generation of host protective responses against MTB infection using Lactoferrin admixed to the BCG vaccine. Mice immunized and boosted at 2 weeks with BCG/Lactofefrin increased host protection against MTB infection by decreasing organ bacterial load and reducing lung histopathology. The observed postchallenge results paralleled with increasing production of IFN-γ, IL-2, TNF-α, and IL-12 from BCG stimulated splenocytes. In vitro studies examined possible mechanisms of Lactoferrin action on BCG infected macrophages and dendritic cells. Addition of Lactoferrin to BCG infected macrophages and dendritic cells increased stimulation of presensitized CD3+ and CD4+ T-cells. Analysis by fluorescent activated cell sorting (FACS) revealed an increase in surface expression of MHC I and decreased ratio of CD80/86 from BCG infected macrophages cultured with Lactoferrin. In contrast, Lactoferrin decreased surface expression of MHC I, MHC II, CD80, CD86, and CD40, but increased CD 11c, from BCG infected dendritic cells, indicating involvement of adhesion molecules. Overall, these studies indicate that Lactoferrin is a useful and effective adjuvant to improve efficacy of the BCG vaccine by enhancing generation of mycobacterial antigen specific T-cell responses through promotion of antigen presentation and T-cell stimulation.^

Regulation of T cell function by complement C5A in mice during mycobacterial infection

Tuberculosis is the leading cause of death in the world due to a single infectious agent, making it critical to investigate all aspects of the immune response mounted against the causative agent, Mycobacterium tuberculosis , in order to better treat and prevent disease. Previous observations show a disparity in the ability to control mycobacterial growth between mouse strains sufficient in C5, such as C57BL/6 and B10.D2/nSnJ, and those naturally deficient in C5, such as A/J and B10.D2/nSnJ, with C5 deficient mice being more susceptible. It has been shown that during M. tuberculosis infection, C5 deficient macrophages have a defect in production of interleukin (IL)-12, a cytokine involved in the cyclical activation between infected macrophages and effector T cells. T cells stimulated by IL-12 produce interferon (IFN)-γ, the signature cytokine of T helper type 1 (Th1) cells. It is known that a cell-mediated Th1 response is crucial for control of M. tuberculosis in the lungs of humans and mice. This study demonstrates that murine T cells express detectable levels of CD88, a receptor for C5a (C5aR), following antigen presentation by macrophages infected with mycobacteria. T cells from C5 deficient mice infected with M. tuberculosis were found to secrete less IFN-γ and had a reduced Th1 phenotype associated with fewer cells expressing the transcription factor, T-box expressed in T cells (T-bet). The altered Th1 phenotype in M. tuberculosis infected C5 deficient mice coincided with a rise in IL-4 and IL-10 secretion from Th2 cells and inducible regulatory T cells, respectively. It was found that the ineffective T cell response to mycobacteria in C5 deficient mice was due indirectly to a lack of C5a via poor priming by infected macrophages and possibly by a direct interaction between T cells and C5a peptide. Therefore, these studies show a link between the cells of the innate and adaptive arms of the immune system, macrophages and T cells respectively, that was mediated by C5a using a mouse model of M. tuberculosis infection. ^

Trehalose 6,6'-dimycolate promotes the survival of Mycobacterium tuberculosis in murine macrophages

The survival of Mycobacterium tuberculosis (MTB) in macrophages largely plays upon its ability to manipulate the host immune response to its benefit. Trehalose 6,6'-dimycolate (TDM) is a glycolipid found abundantly on the surface of MTB. Preliminary studies have shown that MTB lacking TDM have a lower survival rate compared to wild-type MTB in infection experiments, and that lysosomal colocalization with the phagosome occurs more readily in delipidated MTB infections. The purpose of this dissertation is to identify the possible mechanistic roles of TDM and its importance to the survival of MTB in macrophages. Our hypothesis is that TDM promotes the survival of MTB by targeting specific immune functions in host macrophages. Our first specific aim is to evaluate the effects of TDM on MTB in surface marker expression and antigen presentation in macrophages. We characterized the surface marker response in murine macrophages infected with either TDM-intact or TDM-removed MTB. We found that the presence of TDM on MTB inhibited the expression of surface markers which are important for antigen presentation and costimulation to T cells. Then we measured and compared the ability of macrophages infected by MTB with or without TDM to present Antigen 85B to hybridoma T cells. Macrophages infected with TDM-intact MTB were found to be less efficient at antigen presentation than TDM-removed MTB. Our second aim is to identify molecular mechanisms which may be targeted by TDM to promote MTB survival in macrophages. We measured macrophage responsiveness to IFN-γ before or after MTB infection and correlated SOCS production to the presence of TDM on MTB. Macrophages infected with TDM-intact MTB were found to be less responsive to IFN-γ. This may be attributed to the TDM-driven production of SOCS, which was found to affect phosphorylation of the JAK-STAT signaling pathway. We also identified the importance of TLR2 and TLR4 in the initiation of SOCS by TDM-intact MTB in host macrophages. In conclusion, our studies reveal new insights into how TDM regulates macrophages and their immune functions to aid in the survival of MTB.^

INDUCTION OF STRONGER AND LONG LASTING VACCINE IMMUNITY TO TUBERCULOSIS

Tuberculosis is a major cause of death due to an infection in mankind. BCG vaccine protects against childhood tuberculosis although, it fails to protect against adult tuberculosis. BCG vaccine localizes to immature phagosomes of macrophages, and avoids lysosomal fusion, which decreases peptide antigen production. Peptides are essential for macrophage-mediated priming of CD4 and CD8 T cells respectively through MHC-II and MHC-I pathways. Furthermore, BCG reduces the expression of MHC-II in macrophages of mice after infection, through Toll-like receptor-1/2 (TLR-1/2) mediated signaling. In my first aim, I hypothesized that BCG-induced reduction of MHC-II levels in macrophages can decrease CD4 T cell function, while activation of other surface Toll-like receptors (TLR) can enhance CD4 T cell function. An in vitro antigen presentation model was used where, TLR activated macrophages presented an epitope of Ag85B, a major immunogen of BCG to CD4 T cells, and T cell derived IL-2 was quantitated as a measure of antigen presentation. Macrophages with BCG were poor presenters of Ag85B while, TLR-7/9/5/4 and 1/2 activation led to an enhanced antigen presentation. Furthermore, TLR-7/9 activation was found to down-regulate the degradation of MHC-II through ubiquitin ligase MARCH1, and also stimulate MHC-II expression through activation of AP-1 and CREB transcription elements via p38 and ERK1/2 MAP kinases. I conclude from Aim-I studies that TLR-7/9 ligands can be used as more effective ‘adjuvants’ for BCG vaccine. In Aim-II, I evaluated the poor CD8 T cell function in BCG vaccinated mice thought to be due to a decreased leak of antigens into cytosol from immature phagosomes, which reduces the MHC-I mediated activation of CD8 T cells. I hypothesized that rapamycin co-treatment could boost CD8 T cell function since it was known to sort BCG vaccine into lysosomes increasing peptide generation, and it also enhanced the longevity of CD8 T cells. Since CD8 T cell function is a dynamic event better measurable in vivo, mice were given BCG vaccine with or without rapamycin injections and challenged with virulent Mycobacterium tuberculosis. Organs were analysed for tetramer or surface marker stained CD8 T cells using flow cytometry, and bacterial counts of organisms for evaluation of BCG-induced protection. Co-administration of rapamycin with BCG significantly increased the numbers of CD8 T cells in mice which developed into both short living effector- SLEC type of CD8 T cells, and memory precursor effector-MPEC type of longer-living CD8 T cells. Increased levels of tetramer specific-CD8 T cells correlated with a better protection against tuberculosis in rapamycin-BCG group compared to BCG vaccinated mice. When rapamycin-BCG mice were rested and re-challenged with M.tuberculosis, MPECs underwent stronger recall expansion and protected better against re-infection than mice vaccinated with BCG alone. Since BCG induced immunity wanes with time in humans, we made two novel observations in this study that adjuvant activation of BCG vaccine and rapamycin co-treatment both lead to a stronger and longer vaccine-mediated immunity to tuberculosis.