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

The interaction of Leishmania major parasites with human myeloid cells and its consequence for adaptive immunity

In der vorliegenden Arbeit fokussierten wir uns auf drei verschiedene Aspekte der Leishmanien-Infektion. Wir charakterisierten den Prozess des Zelltods „Apoptose“ bei Parasiten (1), untersuchten die Eignung von Makrophagen und dendritischen Zellen als Wirtszelle für die Entwicklung der Parasiten (2) und analysierten die Konsequenzen der Infektion für die Entstehung einer adaptiven Immunantwort im humanen System. Von zentraler Bedeutung für dieses Projekt war die Hypothese, dass apoptotische Leishmanien den Autophagie-Mechanismus ihrer Wirtszellen ausnutzen, um eine T-Zell-vermittelte Abtötung der Parasiten zu vermindern.rnWir definierten eine apoptotische Leishmanien-Population, welche durch eine rundliche Morphologie und die Expression von Phosphatidylserin auf der Parasitenoberfläche charakterisiert war. Die apoptotischen Parasiten befanden sich zudem in der SubG1-Phase und wiesen weniger und fragmentierte DNA auf, welche durch TUNEL-Assay nachgewiesen werden konnte. Bei der Interaktion der Parasiten mit humanen Makrophagen und dendritischen Zellen zeigte sich, dass die anti-inflammatorischen Makrophagen anfälliger für Infektionen waren als die pro-inflammatorischen Makrophagen oder die dendritischen Zellen. Interessanterweise wurde in den dendritischen Zellen jedoch die effektivste Umwandlung zur krankheitsauslösenden, amastigoten Lebensform beobachtet. Da sowohl Makrophagen als auch dendritische Zellen zu den antigenpräsentierenden Zellen gehören, könnte dies zur Aktivierung der T-Zellen des adaptiven Immunsystems führen. Tatsächlich konnte während der Leishmanien-Infektion die Proliferation von T-Zellen beobachtet werden. Dabei stellten wir fest, dass es sich bei den proliferierenden T-Zellen um CD3+CD4+ T-Zellen handelte, welche sich überraschenderweise als Leishmanien-spezifische CD45RO+ T-Gedächtniszellen herausstellten. Dies war unerwartet, da ein vorheriger Kontakt der Spender mit Leishmanien als unwahrscheinlich gilt. In Gegenwart von apoptotischen Parasiten konnte eine signifikant schwächere T-Zell-Proliferation in Makrophagen, jedoch nicht in dendritischen Zellen beobachtet werden. Da sich die T-Zell-Proliferation negativ auf das Überleben der Parasiten auswirkt, konnten die niedrigsten Überlebensraten in dendritischen Zellen vorgefunden werden. Innerhalb der Zellen befanden sich die Parasiten in beiden Zelltypen im Phagosom, welches allerdings nur in Makrophagen den Autophagie-Marker LC3 aufwies. Chemische Induktion von Autophagie führte, ebenso wie die Anwesenheit von apoptotischen Parasiten, zu einer stark reduzierten T-Zell-Proliferation und dementsprechend zu einem höheren Überleben der Parasiten.rnZusammenfassend lässt sich aus unseren Daten schließen, dass Apoptose in Einzellern vorkommt. Während der Infektion können sowohl Makrophagen, als auch dendritische Zellen mit Leishmanien infiziert und das adaptive Immunsystem aktivert werden. Die eingeleitete T-Zell-Proliferation nach Infektion von Makrophagen ist in Gegenwart von apoptotischen Parasiten reduziert, weshalb sie im Vergleich zu dendritischen Zellen die geeigneteren Wirtszellen für Leishmanien darstellen. Dafür missbrauchen die Parasiten den Autophagie-Mechanismus der Makrophagen als Fluchtstrategie um das adaptive Immunsystem zu umgehen und somit das Überleben der Gesamtpopulation zu sichern. Diese Ergebnisse erklären den Vorteil von Apoptose in Einzellern und verdeutlichen, dass der Autophagie-Mechanismus als potentielles therapeutisches Ziel für die Behandlung von Leishmaniose dienen kann.rn

DARPins recognizing the tumor-associated antigen EpCAM selected by phage and ribosome display and engineered for multivalency

Designed Ankyrin Repeat Proteins (DARPins) represent a novel class of binding molecules. Their favorable biophysical properties such as high affinity, stability and expression yields make them ideal candidates for tumor targeting. Here, we describe the selection of DARPins specific for the tumor-associated antigen epithelial cell adhesion molecule (EpCAM), an approved therapeutic target on solid tumors. We selected DARPins from combinatorial libraries by both phage display and ribosome display and compared their binding on tumor cells. By further rounds of random mutagenesis and ribosome display selection, binders with picomolar affinity were obtained that were entirely monomeric and could be expressed at high yields in the cytoplasm of Escherichia coli. One of the binders, denoted Ec1, bound to EpCAM with picomolar affinity (K(d)=68 pM), and another selected DARPin (Ac2) recognized a different epitope on EpCAM. Through the use of a variety of bivalent and tetravalent arrangements with these DARPins, the off-rate on cells was further improved by up to 47-fold. All EpCAM-specific DARPins were efficiently internalized by receptor-mediated endocytosis, which is essential for intracellular delivery of anticancer agents to tumor cells. Thus, using EpCAM as a target, we provide evidence that DARPins can be conveniently selected and rationally engineered to high-affinity binders of various formats for tumor targeting.

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.

Cathepsin S dominates autoantigen processing in human thymic dendritic cells

The interaction of developing thymocytes with peptide-MHC complexes on thymic antigen presenting cells (APC) is crucial for T cell development, both for positive selection of "useful" thymocytes as well as negative selection of autoreactive thymocytes to prevent autoimmunity. The peptides presented on MHC II molecules are generated by lysosomal proteases such as the cathepsins. At the same time, lysosomal proteases will also destroy other potential T cell epitopes from self-antigens. This will lead to a lack of presentation on negatively selecting thymic antigen presenting cells and consequently, escape of autoreactive T cells recognizing these epitopes. In order to understand the processes that govern generation or destruction of self-epitopes in thymic APC, we studied the antigen processing machinery and epitope processing in the human thymus. We find that each type of thymic APC expresses a different signature of lysosomal proteases, providing indirect evidence that positive and negative selection of CD4(+) T cells might occur on different sets of peptides, in analogy to what has been proposed for CD8(+) T cells. We also find that myeloid dendritic cells (DC) are more efficient in processing autoantigen than plasmacytoid DC. In addition, we observed that cathepsin S plays a central role in processing of the autoantigens myelin basic protein and proinsulin in thymic dendritic cells. Cathepsin S destroyed a number of known T cell epitopes, which would be expected to result in lack of presentation and consequently, escape of autoreactive T cells. Cathepsin S therefore appears to be an important factor that influences selection of autoreactive T cells.

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.

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.

Virosomes can enter cells by non-phagocytic mechanisms

Phagocytosis of fine particles (1 mum) by macrophages is a ligand-receptor-mediated, actin-based process, whereas the entering of smaller particles (cells, in particular penetration into monocyte-derived macrophages. The microscopic analysis of phagocytic cells incubated with virosomes and polystyrene particles showed that virosomes and particles penetrated cells even in the presence of cytochalasin D, a drug inhibiting actin-based phagocytosis. The charge of the virosomes and particles did not influence their penetration. Also, different inhibitors of endocytotic pathways did not prevent the particles and virosomes from penetrating into the cells. Additionally, to study the ability of virosomes to overcome the epithelial airway barrier, a triple cell co-culture model composed of epithelial cells, monocyte-derived macrophages and dendritic cells of the respiratory tract was used. We found virosomes and polystyrene particles in both populations of antigen-presenting cells, monocyte-derived macrophages, and dendritic cells, in the latter even if they were not directly exposed. In conclusion, virosomes are readily taken up by monocyte-derived macrophages, both by conventional phagocytosis and by actin-independent mechanisms. Further, they can penetrate the airway barrier and reach resident dendritic cells. Therefore, virosomes are promising vaccine candidates.

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.

Interferon-γ Induces Expression of MHC Class II on Intestinal Epithelial Cells and Protects Mice from Colitis

Immune responses against intestinal microbiota contribute to the pathogenesis of inflammatory bowel diseases (IBD) and involve CD4(+) T cells, which are activated by major histocompatibility complex class II (MHCII) molecules on antigen-presenting cells (APCs). However, it is largely unexplored how inflammation-induced MHCII expression by intestinal epithelial cells (IEC) affects CD4(+) T cell-mediated immunity or tolerance induction in vivo. Here, we investigated how epithelial MHCII expression is induced and how a deficiency in inducible epithelial MHCII expression alters susceptibility to colitis and the outcome of colon-specific immune responses. Colitis was induced in mice that lacked inducible expression of MHCII molecules on all nonhematopoietic cells, or specifically on IECs, by continuous infection with Helicobacter hepaticus and administration of interleukin (IL)-10 receptor-blocking antibodies (anti-IL10R mAb). To assess the role of interferon (IFN)-γ in inducing epithelial MHCII expression, the T cell adoptive transfer model of colitis was used. Abrogation of MHCII expression by nonhematopoietic cells or IECs induces colitis associated with increased colonic frequencies of innate immune cells and expression of proinflammatory cytokines. CD4(+) T-helper type (Th)1 cells - but not group 3 innate lymphoid cells (ILCs) or Th17 cells - are elevated, resulting in an unfavourably altered ratio between CD4(+) T cells and forkhead box P3 (FoxP3)(+) regulatory T (Treg) cells. IFN-γ produced mainly by CD4(+) T cells is required to upregulate MHCII expression by IECs. These results suggest that, in addition to its proinflammatory roles, IFN-γ exerts a critical anti-inflammatory function in the intestine which protects against colitis by inducing MHCII expression on IECs. This may explain the failure of anti-IFN-γ treatment to induce remission in IBD patients, despite the association of elevated IFN-γ and IBD.

ROLE OF VITAMIN-D3 AND RETINOIC ACID IN A HUMAN THP-1 MACROPHAGE MODEL OF MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS INFECTION

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) replicates within the human macrophages and we investigated the activating effects of retinoic acid (RA) and vitamin D3 (VD) on macrophages in relation to the viability of Mtb. A combination of these vitamins (RAVD) enhanced the receptors on THP-1 macrophage (Mannose receptor and DC-SIGN) that increased mycobacterial uptake but inhibited thesubsequent intracellular growth of Mtb by inducing reactive oxygen species (ROS) and autophagy. RAVD also enhanced antigen presenting and homing receptors in THPs that suggested an activated phenotype for THPs following RAVD treatment. RAVD mediated activation was also associated with a marked phenotypic change in Mtb infected THPs that fused with adjacent cells to formmultinucleate giant cells (MNGCs). Typically MNGCs occurred over 30 days of in vitro culture and contained non-replicating persisting Mtb for as long as 60 days in culture. We propose that the RAVD mediated inhibition of replicating Mtb leading to persistence of non-replicating Mtb within THPs may provide a novel human macrophage model simulating formation of MNGCs in humanlungs.