Genomische Analyse von natürlichen Killerzell-Rezeptorgenen in nicht-humanen Primaten

Natürliche Killerzell-Rezeptoren, die MHC-Klasse-I-Moleküle binden, sind im Leukozyten Rezeptor Komplex (LRC) und im Natürlichen Killer Komplex (NKC) kodiert. Die Bindung klassischer MHC-Klasse-I-Moleküle erfolgt im Menschen durch die im LRC kodierten polymorphen Killerzell-Immunglobulin-ähnlichen Rezeptoren (KIR) und in Nagetieren durch die im NKC kodierten polymorphen C-Typ Lektin-ähnlichen Ly49-Rezeptoren. Die ebenfalls im NKC kodierten C-Typ Lektin-ähnlichen CD94/NKG2-Rezeptoren sowie der NKG2D-Rezeptor sind sowohl im Menschen als auch in Nagetieren konserviert und wenig polymorph. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das CD94-Ly49L-Intervall der NKC-Region in einem Neuweltaffen, dem Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus), sowie einem Feuchtnasenaffen, dem Grauen Mausmaki (Microcebus murinus), über Screening von BAC-Banken und Sequenzanalyse von BAC-Contigs untersucht. Das CD94-Ly49L-Intervall im Weißbüschelaffen hat eine Länge von 171 kb und weist orthologe Gene zu den humanen NKC-Genen auf. Eine Ausnahme bildet das Gen NKG2CE, welches äquidistant zu den humanen Genen NKG2C und NKG2E ist. NKG2F und Ly49L sind Pseudogene. Expressionsanalysen der NKC-Gene in neun Weißbüschelaffen-Individuen lieferten einen mäßigen Grad an allelischen Polymorphismen. Alternative Spleißprodukte wurden für CD94, NKG2D und NKG2A identifiziert. Für NKG2A wurden verschiedene Transkripte mit potentiell unterschiedlichen Translationsstartpunkten gefunden. Im Grauen Mausmaki beträgt die Länge des CD94-Ly49L-Intervalls 489 kb. CD94 und die NKG2-Gene sind vervielfacht und wesentlich polymorpher als im Menschen und im Weißbüschelaffen. Expressionsanalysen der NKC-Gene wurden im Grauen Mausmaki und einem weiteren madagassischen Lemuren, dem Schwarzweißen Vari (Varecia variegata), durchgeführt und zeigten, dass CD94 und die NKG2-Gene im Vari ebenfalls vervielfacht sind. Die NKG2-Moleküle der Lemuren weisen unterschiedliche Kombinationen an aktivierenden und inhibierenden Signalmotiven auf und üben somit möglicherweise diverse Funktionen aus. Ly49L stellt in den Lemuren einen potentiell funktionellen inhibierenden Rezeptor dar und NKG2D besitzt im Vergleich zum humanen NKG2D-Protein eine verkürzte Zytoplasmaregion. Alternative Spleißprodukte der NKC-Gene existieren auch in den Lemuren. Darüber hinaus wurden mehrere CD94-Gene in einem weiteren Feuchtnasenaffen, dem Potto (Perodicticus potto) und einem Trockennasenaffen, dem Philippinen-Koboldmaki (Tarsius syrichta), nachgewiesen. Ein Alu-Element, welches ausschließlich in Intron 4 der CD94-Sequenzen des Philippinen-Koboldmakis auftritt, deutet darauf hin, dass sich CD94 in der Linie der Koboldmakis und in der Linie der Feuchtnasenaffen unabhängig voneinander vervielfacht hat. Die vervielfachten, polymorphen CD94/NKG2-Rezeptoren der niederen Primaten stellen möglicherweise das funktionelle Äquivalent zu den polymorphen KIR der höheren Primaten und den polymorphen Ly49-Rezeptoren der Nagetiere dar.

Studying MHC I-dependent CD8 + T cell responses in the model of murine cutaneous leishmaniasis

Der Ausheilung von Infektionen mit Leishmania major liegt die Sekretion von IFN- von sowohl CD4+ als auch CD8+ T Zellen zugrunde.rnAktuell konnte in der Literatur nur ein Epitop aus dem parasitären LACK Protein für eine effektive CD4+ T Zell-vermittelte Immunantwort beschrieben werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand daher darin, mögliche MHC I abhängige CD8+ T Zell Antworten zu untersuchen. rnFür diesen Ansatz wurde als erstes der Effekt einer Vakzinierung mit LACK Protein fusioniert an die Protein-Transduktionsdomäne des HIV-1 (TAT) analysiert. Die Effektivität von TAT-LACK gegenüber CD8+ T Zellen wurde mittels in vivo Protein-Vakzinierung von resistenten C57BL/6 Mäusen in Depletions-Experimenten gezeigt.rnDie Prozessierung von Proteinen vor der Präsentation immunogener Peptide gegenüber T Zellen ist unbedingt erforderlich. Daher wurde in dieser Arbeit die Rolle des IFN--induzierbaren Immunoproteasoms bei der Prozessierung von parasitären Proteinen und Präsentation von Peptiden gebunden an MHC I Moleküle durch in vivo und in vitro Experimente untersucht. Es konnte in dieser Arbeit eine Immunoproteasom-unabhängige Prozessierung aufgezeigt werden.rnWeiterhin wurde Parasitenlysat (SLA) von sowohl Promastigoten als auch Amastigoten fraktioniert. In weiterführenden Experimenten können diese Fraktionen auf immunodominante Proteine/Peptide hin untersucht werden. rnLetztlich wurden Epitop-Vorhersagen für CD8+ T Zellen mittels computergestützer Software von beiden parasitären Lebensformen durchgeführt. 300 dieser Epitope wurden synthetisiert und werden in weiterführenden Experimenten zur Charakterisierung immunogener Eigenschaften weiter verwendet. rnIn ihrer Gesamtheit trägt die vorliegende Arbeit wesentlich zum Verständnis über die komplexen Mechanismen der Prozessierung und letztendlich zur Identifikation von möglichen CD8+ T Zell Epitopen bei. Ein detailiertes Verständnis der Prozessierung von CD8+ T Zell Epitopen von Leishmania major über den MHC Klasse I Weg ist von höchster Bedeutung. Die Charakterisierung sowie die Identifikation dieser Peptide wird einen maßgeblichen Einfluss auf die weiteren Entwicklungen von Vakzinen gegen diesen bedeutenden human-pathogenen Parasiten mit sich bringen. rn

Immunevasive Strategien des Humanen Cytomegalovirus : Einfluss des Tegumentproteins pp71 und des Immunevasins gpUS3 auf die MHC-Klasse-I-Antigenpräsentation infizierter Zellen

Bei Menschen mit unreifem oder geschwächtem Immunsystem kann eine Infektion mit dem Humanen Cytomegalovirus (HCMV) zu schweren Erkrankungen führen. Hingegen kontrolliert das Immunsystem bei Gesunden die HCMV-Infektion fast vollständig. Wichtige Effektoren hierbei sind CD8-positive zytotoxische T-Zellen (CTLs). Um dieser Kontrolle entgegenzuwirken, exprimiert HCMV die als Immunevasine bekannten Proteine gpUS2, gpUS3, gpUS6 und gpUS11. Sie greifen an unterschiedlichen Stellen in die MHC-Klasse-I (MHC-I)-vermittelte Antigenpräsentation ein und schützen so infizierte Zellen vor der Erkennung durch CTLs. Zusätzlich waren auch den Tegumentproteinen pp65 und pp71 immunevasive Funktionen zugeschrieben worden, wobei jedoch über diese Funktionen bisher nur wenig bekannt war. Daher sollte im ersten Teil der vorliegenden Arbeit die Beteiligung von pp71 an der MHC-I-Immunevasion von HCMV-infizierten humanen Fibroblasten untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden HCMV-Mutanten eingesetzt, die pp71 verstärkt exprimierten. Entgegen der postulierten immunevasiven Rolle von pp71 konnte zu keinem Zeitpunkt der Infektion ein inhibierender Effekt von pp71 auf die Antigenpräsentation infizierter Fibroblasten festgestellt werden. Sehr früh nach Infektion war sogar eine pp71-vermittelte Steigerung der Präsentation des HCMV-Proteins IE1 zu beobachten. Um zu prüfen, ob es auch während einer natürlichen Infektion zu einer Erhöhung der pp71-Expression und den damit verbundenen Effekten kommen kann, wurde untersucht, ob die Expression von pp71 durch Zellstress induzierbar ist. Dies erschien möglich, da der Leserahmen für pp71 von einer bizistronischen mRNA kodiert wird. Über die Erzeugung von Zellstress durch Serumentzug konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Expression des wichtigen viralen Transaktivators pp71 abhängig vom physiologischen Zustand der infizierten Zellen reguliert wird. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle des Immunevasins gpUS3 näher beleuchtet werden. Sein Wirkmechanismus war, wie die Mechanismen der drei anderen Immunevasine gpUS2, gpUS6 und gpUS11, bereits ausführlicher untersucht worden. Der individuelle Beitrag von gpUS3 zur MHC-I-Immunevasion in infizierten Zellen sowie ein mögliches Zusammenspiel mit den anderen Immunevasinen waren hingegen noch zu erforschen. Hierzu wurden HCMV-Mutanten eingesetzt, die keines oder nur eines der Immunevasine exprimierten. Mit ihrer Hilfe konnte gezeigt werden, dass gpUS3 sehr früh nach Infektion überraschenderweise die Immunevasion in infizierten Fibroblasten behindert. Zu späteren Infektionszeitpunkten war dagegen ein immunevasiver Effekt von gpUS3 in Form einer Kooperation mit jeweils einem der drei anderen Immunevasine festzustellen. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich die neue Hypothese, dass die Hauptaufgabe von gpUS3 im Rahmen der HCMV-Immunevasion in der Regulation der Funktionen der übrigen Immunevasine liegt.

HLA class II mismatch alleles as targets of the alloreactive CD4 T-cell response

In allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT), alloreactive T lymphocytes of donor origin mediate the beneficial graft-versus-leukemia effect but also induce graft-versus-host disease (GvHD). Since human leukocyte antigens (HLA) mismatch alleles represent major targets of alloreactive T lymphocytes, patient and donor are usually matched for the class I molecules A, B, C, and for the class II molecules DRB1 and DQB1, in order do reduce the risk of GvHD. The HLA-DPB1 locus, however, is still ignored in donor selection. Interestingly, clinical studies have demonstrated that disparities at HLA-DQB1 alleles as well as distinct HLA DPB1 mismatch constellations do not adversely affect the outcome of allo-HSCT. It has also been shown that HLA class II is predominantly expressed on hematopoietic cells under non-inflammatory conditions. Therefore, this PhD thesis focused on the application of CD4 T cells in adoptive immunotherapy of leukemias.rnIn the first part of this thesis we developed a rapid screening approach to detect T-cell reactivity of donors to single HLA class II mismatch alleles. Allo-HLA reactivity was measured in naive, memory, and entire CD4 T cells isolated from PBMC of healthy donors by flow cytometric cell sorting according to expression of the differentiation markers CD45RA, CD45RO, CD62L, and CCR7. T-cell populations were defined by a single marker to facilitate translation into a clinical-grade allo-depletion procedure. Alloreactivity to single HLA-DR/-DQ mismatch alleles was analyzed in short-term mixed lymphocyte reactions (MLR) in vitro. As standard antigen-presenting cells, we used the HLA-deficient cell line K562 upon electroporation with single HLA-DR/-DQ allele mRNA. We observed in IFN-γ ELISpot assays that allo-HLA-reactivity preferentially derived from subsets enriched for naive compared to memory T cells in healthy donors, irrespective of the HLA mismatch allele. This separation was most efficient if CD62L (P=0.008) or CD45RA (P=0.011) were used as marker. Median numbers of allo-HLA-reactive effector cells were 3.5-fold and 16.6-fold lower in CD62Lneg and CD45RAneg memory CD4 T cells than in entire CD4 T cells, respectively. In allele-specific analysis, alloreactivity to single HLA-DR alleles clearly exceeded that to HLA-DQ alleles. In terms of alloproliferation no significant difference could be observed between individual CD4 T-cell subsets. rnThe second part of this thesis dealed with the generation of allo-HLA-DQ/-DP specific CD4 T cells. Naive CD45RApos CD4 T cells isolated from healthy donor PBMC by flow cytometric cell sorting were stimulated in MLR against single allo-HLA-DQ/-DP alleles transfected into autologous mature monocyte-derived dendritic cells by mRNA electroporation. Rapidly expanding HLA-DQ/-DP mismatch reactive T cells significantly recognized and cytolysed primary acute myeloid leukemia (AML) blasts, fibroblasts (FB) and keratinocytes (KC) in IFN-γ ELISpot and 51chromium release assays if the targets carried the HLA DQ/ DP allele used for T cell priming. While AML blasts were recognized independent of pre-incubating them with IFN-γ, recognition of FB and KC required IFN-γ pre treatment. We further investigated HLA class II expression on hematopoietic and non-hematopoietic cells by flow cytometry. HLA class II was not detected on primary FB, KC, and non-malignant kidney cells, but was expressed at significant levels on primary AML blasts and B-LCL. Up-regulation of HLA class II expression was observed on all cell types after pre-incubation with IFN-γ.rnIn summary, the novel K562-HLA based MLR approach revealed that naive-depleted CD4 T-cell subsets of healthy individuals contain decreased allo-HLA reactivity in vitro. We propose the application of CD45RAneg naive-depleted CD4 T cells as memory T cell therapy, which might be beneficial for HLA-mismatched patients at high-risk of GvHD and low-risk of leukemia relapse. Memory T cells might also provide important post-transplant immune functions against infectious agents. Additionally, the screening approach could be employed as test system to detect donors which have low risks for the emergence of GvHD after allo-HSCT. In the second part of this thesis we developed a protocol for the generation of allo-HLA-DQ/-DP specific CD4 T cell lines, which could be applied in situations in which patient and donor are matched in all HLA alleles but one HLA-DQ/-DP allele with low GvHD potential. These T cells showed lytic activity to leukemia cells while presumably sparing non-hematopoietic tissues under non-inflammatory conditions. Therefore, they might be advantageous for allo-HSCT patients with advanced stage AML after reduced-intensity conditioning and T-cell depletion for the replenishment of anti-leukemic reactivity if the risk for disease relapse is high. rn

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.

Erkennung der alpha-Kette des GM-CSF-Rezeptors (CSF2RA) durch einen HLA-unabhängigen alpha:beta-T-Zellrezeptor

Aus dem tumorreaktiven T-Zellrepertoire der Melanompatientin Ma-Mel-86/INTH, bei der im Verlauf Lymphknotenmetastasen HLA-Klasse I-negativer Tumorzellen auftraten, wurden durch Stimulation mit autologen Tumorzellen CD8+ T-Zellklone isoliert und expandiert, die auf Melanomzellen der Patientin CSF2RA (engl. GM-CSF receptor alpha chain) in HLA-unabhängiger Weise erkannten. Aus einem der T-Zellklone wurde ein CSF2RA-reaktiver α:β-T-Zellrezeptor (TCR, engl. T-cell receptor) kloniert (Bezeichnung: TCR-1A.3/46). Die α-Kette des TCR enthielt die Domänen TRAV14/DV4*01, TRAJ48*01 und TRAC*01, die β-Kette die Domänen TRBV10-3*01, TRBD2*01, TRBJ2-7*01 und TRBC2*01. Durch Austausch der humanen konstanten gegen die homologen murinen Domänen wurde der TCR optimiert (Bezeichnung: cTCR-1A.3/46) und hinsichtlich seiner Expression und Funktionalität nach retroviralem Transfer in humane PBMC (engl. peripheral blood mononuclear cells) im 51Chromfreisetzungstest, im IFN-γ-ELISpot-Assay und in einem Degranulations-Assay validiert. TCR-transgene T-Zellen lysierten nicht nur spezifisch die HLA-defizienten, CSF2RA+ Melanomlinien des Modells Ma-Mel-86, sondern erkannten auch Zelllinien verschiedener Spezies nach Transfektion von CSF2RA sowie Monozyten, Granulozyten, dendritische Zellen und ein breites Spektrum hämatologischer Malignome myeloiden Ursprungs ungeachtet deren HLA-Phänotypen. Lymphatische Zellen sowie CD34+ Blutstammzellen wurden in In vitro-Untersuchungen nicht erkannt. Der Zusatz von GM-CSF zu Zellen, die CSF2RA und CSF2RB exprimierten, inhibierte die Erkennung durch TCR-transgene PBMC, während die Koexpression der α- und der ß-Kette des GM-CSF-Rezeptors alleine keinen negativen Effekt auf die Erkennung hatte. Daraus war zu schließen, dass CSF2RA präferentiell freistehend und weniger nach Integration in den heteromultimerischen GM-CSF-Rezeptor-Komplex erkannt wurde. In der zweidimensionalen Collier-de-Perles-Visualisierung der IMGT-Datenbank (engl. International immunogenetics information system) wies der CSF2RA-reaktive TCR-1A.3/46 im Vergleich zu TCR von konventionellen, HLA-restringierten T-Zellen keine Besonderheiten auf. Darüber hinaus waren auch die von den HLA-unabhängigen T-Zellen exprimierten CD8-Moleküle identisch zu den CD8-Molekülen HLA-abhängiger CTL (engl. cytotoxic T lymphocytes). Die Präsenz von CD8-Molekülen förderte die HLA-unabhängige Erkennung von CSF2RA, schien aber dafür nicht zwingend erforderlich zu sein, da Antikörper gegen CD8 die Erkennung zu ca. 65 % blockierten und TCR-transgene CD4+ T-Zellen im Vergleich zu TCR-transduzierten CD8+ T-Zellen eine deutlich verringerte, aber noch erhaltene Funktionalität aufwiesen. Es ist derzeit nicht klar, ob HLA-unabhängige T-Zellen gegen CSF2RA im peripheren Blut der Patientin vorkamen, weil sie der im Tiermodell postulierten Thymusselektion MHC-unabhängiger TCR (Tikhonova et al., Immunity 36:79, 2012) entkommen waren, oder weil ein ursprünglich gegen einen HLA-Peptid-Komplex gerichteter TCR eine HLA-unabhängige Kreuzreaktivität aufwies. CSF2RA verbessert die Glucoseutilisation in malignen Zellen, und es wurden ihm embryotrophe Eigenschaften zugeschrieben (Spielholz et al., Blood 85:973, 1995; Sjöblom et al., Biol. Reprod. 67:1817, 2002). Damit kann CSF2RA malignes Wachstum fördern und ist somit ein potentielles Zielmolekül für die Immuntherapie. Seine HLA-unabhängige Erkennung würde sowohl die HLA-Vielfalt als auch den HLA-Verlust als typische Limitationen der T-Zellimmuntherapie umgehen. Zur Überprüfung der In vivo-Spezifität des HLA-unabhängigen TCR gegen CSF2RA und damit zum Ausschluss relevanter off-tumor-/on-target- bzw. off-tumor-/off-target-Effekte ist jedoch eine Testung in einem präklinischen Tiermodell erforderlich.

Evidence of neutral and adaptive genetic divergence between European trout populations sampled along altitudinal gradients

Species with a wide geographical distribution are often composed of distinct subgroups which may be adapted to their local environment. European trout (Salmo trutta species complex) provide an example of such a complex consisting of several genetically and ecologically distinct forms. However, trout populations are strongly influenced by human activities, and it is unclear to what extent neutral and adaptive genetic differences have persisted. We sampled 30 Swiss trout populations from heterogeneous environments along replicated altitudinal gradients in three major European drainages. More than 850 individuals were genotyped at 18 microsatellite loci which included loci diagnostic for evolutionary lineages and candidate markers associated with temperature tolerance, reproductive timing and immune defence. We find that the phylogeographic structure of Swiss trout populations has not been completely erased by stocking. Distinct genetic clusters corresponding to the different drainages could be identified, although nonindigenous alleles were clearly present, especially in the two Mediterranean drainages. We also still detected neutral genetic differentiation within rivers which was often associated with the geographical distance between populations. Five loci showed evidence of divergent selection between populations with several drainage-specific patterns. Lineage-diagnostic markers, a marker linked to a quantitative trait locus for upper temperature tolerance in other salmonids and a marker linked to the major histocompatibility class I gene were implicated in local adaptation and some patterns were associated with altitude. In contrast, tentative evidence suggests a signal of balancing selection at a second immune relevant gene (TAP2). Our results confirm the persistence of both neutral and potentially adaptive genetic differences between trout populations in the face of massive human-mediated dispersal.

Cyclic nucleotide specific phosphodiesterases of Leishmania major

Background Leishmania represent a complex of important human pathogens that belong to the systematic order of the kinetoplastida. They are transmitted between their human and mammalian hosts by different bloodsucking sandfly vectors. In their hosts, the Leishmania undergo several differentiation steps, and their coordination and optimization crucially depend on numerous interactions between the parasites and the physiological environment presented by the fly and human hosts. Little is still known about the signalling networks involved in these functions. In an attempt to better understand the role of cyclic nucleotide signalling in Leishmania differentiation and host-parasite interaction, we here present an initial study on the cyclic nucleotide-specific phosphodiesterases of Leishmania major. Results This paper presents the identification of three class I cyclic-nucleotide-specific phosphodiesterases (PDEs) from L. major, PDEs whose catalytic domains exhibit considerable sequence conservation with, among other, all eleven human PDE families. In contrast to other protozoa such as Dictyostelium, or fungi such as Saccharomyces cerevisiae, Candida ssp or Neurospora, no genes for class II PDEs were found in the Leishmania genomes. LmjPDEA contains a class I catalytic domain at the C-terminus of the polypeptide, with no other discernible functional domains elsewhere. LmjPDEB1 and LmjPDEB2 are coded for by closely related, tandemly linked genes on chromosome 15. Both PDEs contain two GAF domains in their N-terminal region, and their almost identical catalytic domains are located at the C-terminus of the polypeptide. LmjPDEA, LmjPDEB1 and LmjPDEB2 were further characterized by functional complementation in a PDE-deficient S. cerevisiae strain. All three enzymes conferred complementation, demonstrating that all three can hydrolyze cAMP. Recombinant LmjPDEB1 and LmjPDEB2 were shown to be cAMP-specific, with Km values in the low micromolar range. Several PDE inhibitors were found to be active against these PDEs in vitro, and to inhibit cell proliferation. Conclusion The genome of L. major contains only PDE genes that are predicted to code for class I PDEs, and none for class II PDEs. This is more similar to what is found in higher eukaryotes than it is to the situation in Dictyostelium or the fungi that concomitantly express class I and class II PDEs. Functional complementation demonstrated that LmjPDEA, LmjPDEB1 and LmjPDEB2 are capable of hydrolyzing cAMP. In vitro studies with recombinant LmjPDEB1 and LmjPDEB2 confirmed this, and they demonstrated that both are completely cAMP-specific. Both enzymes are inhibited by several commercially available PDE inhibitors. The observation that these inhibitors also interfere with cell growth in culture indicates that inhibition of the PDEs is fatal for the cell, suggesting an important role of cAMP signalling for the maintenance of cellular integrity and proliferation.

Nutrient-responsive mTOR signalling grows on Sterile ground

The control of cell growth, that is cell size, is largely controlled by mTOR (the mammalian target of rapamycin), a large serine/threonine protein kinase that regulates ribosome biogenesis and protein translation. mTOR activity is regulated both by the availability of growth factors, such as insulin/IGF-1 (insulin-like growth factor 1), and by nutrients, notably the supply of certain key amino acids. The last few years have seen a remarkable increase in our understanding of the canonical, growth factor-regulated pathway for mTOR activation, which is mediated by the class I PI3Ks (phosphoinositide 3-kinases), PKB (protein kinase B), TSC1/2 (the tuberous sclerosis complex) and the small GTPase, Rheb. However, the nutrient-responsive input into mTOR is important in its own right and is also required for maximal activation of mTOR signalling by growth factors. Despite this, the details of the nutrient-responsive signalling pathway(s) controlling mTOR have remained elusive, although recent studies have suggested a role for the class III PI3K hVps34. In this issue of the Biochemical Journal, Findlay et al. demonstrate that the protein kinase MAP4K3 [mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase-3, a Ste20 family protein kinase also known as GLK (germinal centre-like kinase)] is a new component of the nutrient-responsive pathway. MAP4K3 activity is stimulated by administration of amino acids, but not growth factors, and this is insensitive to rapamycin, most likely placing MAP4K3 upstream of mTOR. Indeed, MAP4K3 is required for phosphorylation of known mTOR targets such as S6K1 (S6 kinase 1), and overexpression of MAP4K3 promotes the rapamycin-sensitive phosphorylation of these same targets. Finally, knockdown of MAP4K3 levels causes a decrease in cell size. The results suggest that MAP4K3 is a new component in the nutrient-responsive pathway for mTOR activation and reveal a completely new function for MAP4K3 in promoting cell growth. Given that mTOR activity is frequently deregulated in cancer, there is much interest in new strategies for inhibition of this pathway. In this context, MAP4K3 looks like an attractive drug target since inhibitors of this enzyme should switch off mTOR, thereby inhibiting cell growth and proliferation, and promoting apoptosis.

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.

Interrelation of peri-operative morbidity and ASA class assignment in patients undergoing gynaecological surgery

OBJECTIVE: The aim of this study was to estimate intra- and post-operative risk using the American Society of Anaesthesiologists (ASA) classification which is an important predictor of an intervention and of the entire operating programme. STUDY DESIGN: In this retrospective study, 4435 consecutive patients undergoing elective and emergency surgery at the Gynaecological Clinic of the University Hospital of Zurich were included. The ASA classification for pre-operative risk assessment was determined by an anaesthesiologist after a thorough physical examination. We observed several pre-, intra- and post-operative parameters, such as age, body-mass-index, duration of anaesthesia, duration of surgery, blood loss, duration of post-operative stay, complicated post-operative course, morbidity and mortality. The investigation of different risk factors was achieved by a multiple linear regression model for log-transformed duration of hospitalisation. RESULTS: Age and obesity were responsible for a higher ASA classification. ASA grade correlates with the duration of anaesthesia and the duration of the surgery itself. There was a significant difference in blood loss between ASA grades I (113+/-195 ml) and III (222+/-470 ml) and between classes II (176+/-432 ml) and III. The duration of post-operative hospitalisation could also be correlated with ASA class. ASA class I=1.7+/-3.0 days, ASA class II=3.6+/-4.3 days, ASA class III=6.8+/-8.2 days, and ASA class IV=6.2+/-3.9 days. The mean post-operative in-hospital stay was 2.5+/-4.0 days without complications, and 8.7+/-6.7 days with post-operative complications. Multiple linear regression model showed that not only the ASA classification contained an important information for the duration of hospitalisation. Parameters such as age, class of diagnosis, post-operative complications, etc. also have an influence on the duration of hospitalisation. CONCLUSION: This study shows that the ASA classification can be used as a good and early available predictor for the planning of an intervention in gynaecological surgery. The ASA classification helps the surgeon to assess the peri-operative risk profile of which important information can be derived for the planning of the operation programme.

Quality of life of grown-up congenital heart disease patients after congenital cardiac surgery

BACKGROUND: Due to better early and long-term outcome, the increasing population of grown-ups with congenital heart disease (GUCH) brings up unexpected quality of life (QoL) issues. The cardiac lesion by itself is not always the major problem for these patients, since issues pertaining to QoL and psychosocial aspects often predominate. This study analyses the QoL of GUCH patients after cardiac surgery and the possible impact of medical and psychosocial complications. PATIENTS AND METHODS: A questionnaire package containing the SF-36 health survey (health related QoL), the HADS test (anxiety/depression aspects) and an additional disease specific questionnaire was sent to 345 patients (mean 26+/-11 years) operated for isolated transposition of the great arteries (TGA), tetralogy of Fallot (TOF), and ventricular septal defect (VSD). The scores were compared with age- and gender-matched standard population data and in relation to the underlying congenital heart disease (CHD). RESULTS: In all SF-36 and HADS health dimensions the GUCH patients showed excellent scores (116+/-20), which are comparable to the standard population (100+/-15), regardless of the initial CHD (p=0.12). Eighty-two percent of the patients were found to be in NYHA class I and 83% patients declared that they do not consider their QoL to be limited by their malformation. Complications like reoperations (p=0.21) and arrhythmias (p=0.10) do not show significant impact on the QoL. The additional questionnaire revealed that 76% of adult patients have a fulltime job, 18% receive a full or partial disability pension, 21% reported problems with insurances, most of them regarding health insurances (67%), and 4.4% of adult patients declared to have renounced the idea of having children due to their cardiac malformation. CONCLUSION: QoL in GUCH patients following surgical repair of isolated TOF, TGA and VSD is excellent and comparable to standard population, this without significant difference between the diagnosis groups. However, these patients are exposed to a high rate of complications and special psychosocial problems, which are not assessed by standardized questionnaires, such as the SF-36 and HADS. These findings highlight the great importance for a multidisciplinary and specialized follow-up for an adequate management of these complex patients.

Anti-HLA I antibodies induce VEGF production by endothelial cells, which increases proliferation and paracellular permeability

Anti-human leukocyte antigen class I (HLA I) antibodies were shown to activate several protein kinases in endothelial cells (ECs), which induces proliferation and cell survival. An important phenomenon in antibody-mediated rejection is the occurrence of interstitial edema. We investigated the effect of anti-HLA I antibodies on endothelial proliferation and permeability, as one possible underlying mechanism of edema formation. HLA I antibodies increased the permeability of cultured ECs isolated from umbilical veins. Anti-HLA I antibodies induced the production of vascular endothelial growth factor (VEGF) by ECs, which activated VEGF receptor 2 (VEGFR2) in an autocrine manner. Activated VEGFR2 led to a c-Src-dependent phosphorylation of vascular endothelial (VE)-cadherin and its degradation. Aberrant VE-cadherin expression resulted in impaired adherens junctions, which might lead to increased endothelial permeability. This effect was only observed after cross-linking of HLA I molecules by intact antibodies. Furthermore, our results suggest that increased endothelial proliferation following anti-HLA I treatment occurs via autocrine VEGFR2 activation. Our data indicate the ability of anti-HLA I to induce VEGF production in ECs. Transactivation of VEGFR2 leads to increased EC proliferation and paracellular permeability. The autocrine effect of VEGF on endothelial permeability might be an explanation for the formation of interstitial edema after transplantation.

Mammalian pre-mRNA 3' end processing factor CF I m 68 functions in mRNA export

Export of mRNA from the nucleus is linked to proper processing and packaging into ribonucleoprotein complexes. Although several observations indicate a coupling between mRNA 3' end formation and export, it is not known how these two processes are mechanistically connected. Here, we show that a subunit of the mammalian pre-mRNA 3' end processing complex, CF I(m)68, stimulates mRNA export. CF I(m)68 shuttles between the nucleus and the cytoplasm in a transcription-dependent manner and interacts with the mRNA export receptor NXF1/TAP. Consistent with the idea that CF I(m)68 may act as a novel adaptor for NXF1/TAP, we show that CF I(m)68 promotes the export of a reporter mRNA as well as of endogenous mRNAs, whereas silencing by RNAi results in the accumulation of mRNAs in the nucleus. Moreover, CF I(m)68 associates with 80S ribosomes but not polysomes, suggesting that it is part of the mRNP that is remodeled in the cytoplasm during the initial stages of translation. These results reveal a novel function for the pre-mRNA 3' end processing factor CF I(m)68 in mRNA export.

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.