Die Regulation des Interleukin-12 p40 Promotors in Monozyten und Makrophagen

Interleukin-12 ist ein Schlüsselregulator zellvermittelter Immunantworten. In der vorliegenden Dissertation wurde die Regulation des IL-12 p40 Promotors in Monozyten und Makrophagen untersucht. Mit Hilfe von 'In Vivo Footprinting'-, Bandshift- und Transfektionsexperimenten konnte eine wichtige Funktion der Transkriptionsfaktoren NF-kappaB, C/EBP-beta und PU.1 bei der Aktivierung des Promotors gezeigt werden. 'In Vivo Footprinting'-Experimente führten auch zur Identifikation eines bisher nicht beschriebenen regulatorischen Elementes im IL-12 p40 Promotor. Dieses GA-12 genannte Motiv war in unstimulierten primären Monozyten protektiert, nicht jedoch in Zellen, die mit LPS oder LPS/ Interferon-gamma stimuliert wurden. Eine genauere Charakterisierung ergab, daß dieses Motiv eine repressorische Funktion auf den Promotor ausübt und in unstimulierten, nicht jedoch in stimulierten Monozyten und Makrophagen von einem spezifischen GATA-ähnlichen Komplex (GAP-12) erkannt wird. Zudem führte die Behandlung von Monozyten mit Interleukin-4 und Prostaglandin-E2, Inhibitoren der IL-12 Produktion, zu einer Verstärkung der Komplexbildung am GA-12 Motiv. Zur Analyse der Promotorregulation im nukleosomalen Umfeld wurden außerdem IL-12 p40 Promotor/ Luziferase transgene Mäuse hergestellt. Die Analyse dieser Mäuse zeigte, daß der proximale Promotor ausreichend Sequenzinformation beinhaltet, um in vivo die stimulations- und gewebespezifische Regulation des Gens zu gewährleisten. Anhand der erhobenen Daten konnte ein Modell der Regulation des IL-12 p40 Promotors in Monozyten und Makrophagen entworfen werden.

In vivo- und in vitro-Untersuchungen zur Immunantwort und Parasitenentwicklung bei Infektionen mit dem Darmparasiten Cryptosporidium parvum

Cryptosporidium parvum ist ein intrazellulärer protozoischer Darmparasit (Apikomplexa), der weltweit zu den bedeutendsten Erregern von Diarrhöen beim Menschen und einer Reihe von Nutztieren zählt. Vor allem immunkompromittierte Personen wie zum Beispiel AIDS-Patienten erleiden schwere, chronische bis lebensbedrohende Erkrankungen. Da nach wie vor keine effektive Therapie gegen eine Kryptosporidiose in Form eines spezifisch wirkenden Chemotherapeutikums oder einer Vakzine existiert, ist es notwendig, die Immunantwort des Wirtes gegen den Parasiten und dessen Bindung, Invasion und die intrazelluläre Entwicklung in den Epithelzellen eingehend zu studieren, um neue Ansatzpunkte zu entwickeln. Wohingegen Menschen zeitlebens suszeptibel für eine Infektion mit C. parvum sind, entwickeln Mäuse eine natürliche Resistenz und können als adulte Tiere nicht mehr infiziert werden. Daher sind Mausmodelle der Kryptosporidiose auf neonatale oder immunsupprimierte und immundefiziente adulte Mäuse beschränkt. Bei der Überwindung einer C. parvum-Infektion sind Effektoren der natürlichen und adaptiven Immunität beteiligt. Die zentrale Rolle spielen CD4+-T-Zellen, sowie Interferon-gamma und Interleukin-12. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Infektionen in IFN-gamma (GKO)- und IL-12 p40 (IL12KO)-Knockout-Mäusen (C57BL/6) etabliert, für die bereits gezeigt wurde, dass sie eine Suszeptibilität gegenüber einer Erstinfektion besitzen. Erstmals wurden die beiden Infektionsmodelle parallel unter denselben Bedingungen analysiert, um Rückschlüsse auf die Funktion und die Bedeutung der beiden Th1-Zytokine IFN-gamma und IL-12 bei der Auseinandersetzung mit dem Parasiten und der Überwindung einer Infektion ziehen zu können. Es wurden deutliche Unterschiede im Infektionsverlauf, bei der Höhe und Dauer der Parasitenausscheidung und der induzierten systemischen und mukosalen Antikörperantwort beobachtet. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass neben IL12KO auch GKO in der Lage sind, eine erste Infektion zu überwinden und eine Resistenz gegenüber einer erneuten Konfrontation mit dem Parasiten zu entwickeln. Alle Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Etablierung einer protektiven Immunität gegen eine Kryptosporidiose generell unabhängig von der Anwesenheit der Zytokine IFN-gamma und IL-12 ist, der Verlust von IFN-gamma jedoch schwerer wiegt. Bei GKO-Mäusen persistierte der Parasit in Form einer niedriggradigen chronischen Infektion. Die beiden Infektionsmodelle stellten sich als ideales System für die Etablierung einer effektiven Immunisierungsstrategie heraus. Intranasale Immunisierungen, welche neben einer systemischen auch eine mukosale Immunantwort induzieren können, schienen einen richtigen Ansatz darzustellen. Intraperitoneale und subkutane Immunisierungen führten zwar zur Ausbildung einer starken spezifischen IgG-Antwort im Serum, diese war jedoch nicht in der Lage, einen Schutz vor einer Infektion zu vermitteln. Neben den in vivo Untersuchungen wurde des Weiteren auch die intrazelluläre Entwicklung von C. parvum in einem in vitro Kultursystem verfolgt. Zum ersten Mal wurde die Genexpression von vier Oberflächenproteinen der invasiven Zoitenstadien und eines Oozystenwandproteins parallel durch RT-PCR analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten Gene während der intrazellulären Entwicklung differentiell exprimiert werden, was eine unterschiedliche Funktion der Proteine während des Entwicklungszyklus nahe legt. Das Expressionsmuster der verschiedenen Gene charakterisiert bestimmte Abschnitte innerhalb des Entwicklungszyklus. Dabei wurden Marker für die Invasion (CP17) sowie für die asexuelle (GP900) und sexuelle Replikation (COWP) identifiziert.

Phänotypische und funktionelle Eigenschaften humaner neonataler dentritischer Zellen

Humane Neugeborene leiden an einer erhöhten Anfälligkeit für Infektionskrankheiten. Die dendritischen Zellen (DC) werden für die beeinträchtigten neonatalen T-Helfer 1 (Th1) Immunantworten verantwortlich gemacht. Der Hauptaktivator der Differenzierung von Th1 Zellen ist Interleukin-12 (IL-12), ein Zytokin, welches in adulten, nicht aber in neonatalen DC vornehmlich nach Bindung der Toll-like Rezeptoren produziert wird. In der vorliegenden Arbeit wurde der potentielle Einfluss verschiedener TLR-Liganden auf die Initiierung neonataler Th1-Immunantworten untersucht. Einzelne TLR-Liganden induzierten die Reifung adulter DC, während die neonatalen DC erst nach simultaner Stimulierung von TLR3/TLR8 bzw. TLR4/TLR8 Reifungsmarker exprimierten. Der synergistische Effekt kombinierter TLR-Liganden zeigte sich sowohl in der adulten als auch der neonatalen Zytokinproduktion, wobei unterschiedliche Expressionsmuster für IL-1beta, IL-6, IL-8, IL-10, TNFalpha und vor allem IL-27 beobachtet wurden. Besonders IL-12p70 wurde von neonatalen DC ausschließlich nach kombinierter TLR-Stimulation produziert. Darüber hinaus wurde die Fähigkeit aktivierter DC analysiert, autologe T-Zellen zu polarisieren. Interessanterweise konnte beobachtet werden, dass die Überstände kombiniert stimulierter neonataler DC die Interferon-gamma Produktion in neonatalen naiven T-Zellen auslösten. Und somit konnte gezeigt werden, dass neonatale DC naive T-Zellen hinsichtlich einer Th1-Immunantwort polarisieren können. Letztendlich zeigen die Ergebnisse neue Möglichkeiten auf, potente Impfstrategien für Neugeborene zu entwickeln.

Die Rolle des IL-2-Signalweges in einem murinen Adenokarzinom-Modell

Die Ursachen für die Entstehung von Lungentumoren sind vielseitig. Aus geschädigtem Drüsengewebe der Lunge kann sich die Tumorart des Adenokarzinoms entwickeln, welches zu den malignen Krebserkrankungen gehört und somit nach Etablierung eines Primärtumors metastasieren kann. Es wurde vielfach gezeigt, daß das Immunsystem bei der Bekämpfung eines mutierten Gewebes im fortschreitenden Verlauf des Tumorwachstums an Effektivität verliert. Die dahinter stehenden Mechanismen sind noch nicht ganz verstanden. Eine mögliche Ursache könnte eine fehlerhafte Regulation der Immunabwehr sein. Das Zytokin, welches bei dieser Regulation eine wichtige Rolle spielt, ist das Interleukin-2 (IL-2). Dieses aktiviert immunkompetente Zellen und gewährleistet deren Fortbestand während der Immunreaktion. In der vorliegenden Arbeit ist in einem murinen Modell von Bronchioadenokarzinom die Regulation von CD4+ T-Zellen durch IL-2 untersucht worden, beziehungsweise inwieweit eine Einflußnahme auf diese Regulation zur Verbesserung der Tumorabwehr beitragen kann. Die alpha-Kette des IL-2 Rezeptorkomplexes (CD25) ist neben dem Transkriptionsfaktor Foxp3 ein gängiger Marker für die Population der so genannten regulatorischen T-Zellen. Regulatorische T-Zellen treten im Tumorgewebe in erhöhtem Maße auf und inhibieren die gegen den Tumor gerichtete Effektorfunktion anderer Immunzellen. Durch intranasale Applikation eines anti-CD25 Antikörpers sollte, im speziellen bei den regulatorischen T-Zellen, das CD25 Molekül blockiert werden, um auf diese Weise die hochaffine Signalgebung zu unterbinden und die regulatorischen T-Zellen intratumoral zu depletieren. Es konnte gezeigt werden, daß die Blockade des IL-2 Rezeptors nicht zur Reduktion des Tumorwachstums beitrug. Trotz Applikation des Antikörpers waren die regulatorischen T-Zellen signifikant erhöht. Lediglich die Produktion des Zytokins Tumornekrosisfaktor-alpha (TNF-alpha) wurde durch die Zugabe des Antikörpers gesteigert, was aber keine Verbesserung der Tumorabwehr bewirkte. Als Alternative zur Blockade des IL-2 Rezeptors wurden verschiedene Dosen von rekombinantem IL-2 ebenfalls intranasal appliziert, um die T-Zell Populationen zusätzlich zu stimulieren. In diesem Fall war bei hohen Dosierungen eine Regression des Tumors zu erreichen. Die Regression ist auf eine erhöhte, durch das IL-2 aktivierte Produktion des Zytokins Interferon-gamma (IFN-gamma) zurückzuführen. Jedoch wurde sowohl bei der Blockade des IL-2 Rezeptors, als auch bei der Stimulation durch IL-2 ersichtlich, daß im Zusammenhang mit Adenokarzinom dem Zytokin TNF-alpha eine besondere Position zugedacht werden muß. Es ist bekannt, daß TNF-alpha in verschiedenen experimentellen Tumor-Modellen unterschiedliche Funktionen besitzt. Die Deletion des TNFs, hier dargestellt mittels TNF-knockout Mäusen, hatte eine kurative Wirkung. Die TNF-knockout Mäuse wiesen fast kein Tumorwachstum auf, die CD4+ T-Zellen aus den knockout Mäusen zeigten eine im Vergleich zum Wildtyp mehrfach höhere Produktion von IFN-gamma, bei gleichzeitiger Reduktion der regulatorischen T-Zellen. Es kann vermutet werden, daß TNF-alpha in dem verwendeten Adenokarzinom-Modell eine tumorunterstützende Wirkung hat. Dahingehend wäre die Neutralisierung der TNF-Signalgebung bei zusätzlicher Stimulation mit IL-2 als wirksamer Therapieansatz in Betracht zu ziehen.

Mass spectrometric identification of Varicella-Zoster Virus (VZV) proteins recognized by human T cells

Primary varicella-zoster virus (VZV) infection during childhood leads to varicella commonly known as chickenpox. After primary infection has occurred VZV establishes latency in the host. During subsequent lifetime the virus can cause reactivated infection clinically known as herpes zoster or shingles. In immunodeficient patients’ dissemination of the virus can lead to life-threatening disease. Withdrawal of acyclovir drug prophylaxis puts allogeneic hematopoietic stem-cell transplantation (HSCT) patients at increased risk for herpes zoster as long as VZV-specific cellular immunity is impaired. Although an efficient live attenuated VZV vaccine for zoster prophylaxis exists, it is not approved in immunocompromised patients due to safety reasons. Knowledge of immunogenic VZV proteins would allow designing a noninfectious nonhazardous subunit vaccine suitable for patients with immunodeficiencies. The objective of this study was to identify T cell defined virus proteins of a VZV-infected Vero cell extract that we have recently described as a reliable antigen format for interferon-gamma (IFN-γ) enzyme-linked immunosorbent spot (ELISpot) assays (Distler et al. 2008). We first separated the VZV-infected/-uninfected Vero cell extracts by size filtration and reverse-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). The collected fractions were screened for VZV reactivity with peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of VZV-seropositive healthy individuals in the sensitive IFN-γ ELISpot assay. Using this strategy, we successfully identified bioactive fractions that contained immunogenic VZV material. VZV immune reactivity was mediated by CD4+ memory T lymphocytes (T cells) of VZV-seropositive healthy individuals as demonstrated in experiments with HLA blockade antibodies and T cell subpopulations already published by Distler et al. We next analyzed the bioactive fractions with electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) techniques and identified the sequences of three VZV-derived proteins: glycoprotein E (gE); glycoprotein B (gB), and immediate early protein 62 (IE62). Complementary DNA of these identified proteins was used to generate in vitro transcribed RNA for effective expression in PBMCs by electroporation. We thereby established a reliable and convenient IFN-γ ELISPOT approach to screen PBMCs of healthy donors and HSCT patients for T cell reactivity to single full-length VZV proteins. Application in 10 VZV seropositive healthy donors demonstrated much stronger recognition of glycoproteins gE and gB compared to IE62. In addition, monitoring experiments with ex vivo PBMCs of 3 allo-HSCT patients detected strongly increased CD4+ T cell responses to gE and gB for several weeks to months after zoster onset, while IE62 reactivity remained moderate. Overall our results show for the first time that VZV glycoproteins gE and gB are major targets of the post-transplant anti-zoster CD4+ T cell response. The screening approach introduced herein may help to select VZV proteins recognized by memory CD4+ T cells for inclusion in a subunit vaccine, which can be safely used for zoster prophylaxis in immunocompromised HSCT patients.

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.

Etablierung eines Triple-Kultur-Modells der oberen Atemwege unter Einbeziehung immunkompetenter Zellen

Organophosphate können chronische Lungenerkrankungen und Vergiftungen hervorrufen. Bei der Vergiftung erfolgt eine Immunreaktion, welche noch nicht erforscht ist. In dieser Arbeit wurden Toxizitätsstudien an dendritischen Zellen und einem bronchialen Triple-Kultur-Modell durchgeführt. Dendritische Zellen spielen bei der ersten Immunabwehr in der Lunge eine große Rolle. Aus der Zell-Linie THP-1 und primären Monozyten wurden reife dendritische Zellen differenziert und mittels Durchflusszytometrie und Immunfluoreszenz auf spezifische Zellmarker, wie zum Beispiel CD11c, CD83 oder auch CD209, charakterisiert und etabliert. Durch die Vergiftung der Zellen mit Dimethoat und Chlorpyrifos konnte eine Erhöhung des Zelltodes, die Sekretion von proinflammatorischen Mediatoren, Veränderungen in der Morphologie der Zellen und ein Effekt auf den Proteinkinase-Signalweg festgestellt werden. Spezifische dendritische Zellmarker (CD83, CD209) wurden inhibiert und die Dendriten der Dendritischen Zellen kürzer und beschädigt. Die Schädigung von Chlorpyrifos war erheblich größer, als die bei Dimethoat.rnDie weiteren Toxizitätsstudien wurden an einem bronchialen Triple-Kultur-Modell durchgeführt. Hierzu wurden auf Transwell-Filtermembranen bronchiale Epithelzellen, Fibroblastenzellen und Dendritische Zellen verwendet. Die bronchialen Epithelzellen und Fibroblastenzellen waren hier physiologisch voneinander getrennt, konnten aber durch Poren in der Membran miteinander interagieren. Die Etablierung des Triple-Kultur-Modells erfolgte durch die Untersuchung von Entzündungsprozessen, durch Stimulation mit LPS, TNF-alpha und Interferon-gamma. In der Ko-Kultur konnten Zell-Zell-Kontakt Schädigungen und Erhöhung von proinflammatorischen Markern, wie zum Beispiel IL-1ß, IL-6 oder auch IL-8 gemessen werden. Versuche in der Triple-Kultur zeigten den positiven Effekt von Dendritischen Zellen. Bei höheren Konzentrationsbereichen von Dimethoat und Chlorpyrifos konnte ein Wandern der Zellen zu den geschädigten Zell-Zell-Kontakten nachgewiesen werden. Die Ausschüttung der proinflammatorischen Mediatoren wurde inhibiert, vor allem bei IL-10 war eine deutliche Reduktion, um mehr als 70% messbar. Ebenso konnten Veränderungen in dem Apoptose-Signalblick festgestellt werden. Vor allem anti-apoptotische Proteine wurden nach einer Vergiftung der Triple-Kultur induziert. Interventionsstudien mit Vitamin C zeigten allerdings keinen positiven Effekt.

Detrimental effects of exuberant and restrained immune responses against the central nervous system in the context of multiple sclerosis and glioblastoma multiforme

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and most aggressive astrocytic tumor of the central nervous system (CNS) in adults. The standard treatment consisting of surgery, followed by a combinatorial radio- and chemotherapy, is only palliative and prolongs patient median survival to 12 to 15 months. The tumor subpopulation of stem cell-like glioma-initiating cells (GICs) shows resistance against radiation as well as chemotherapy, and has been suggested to be responsible for relapses of more aggressive tumors after therapy. The efficacy of immunotherapies, which exploit the immune system to specifically recognize and eliminate malignant cells, is limited due to strong immunosuppressive activities of the GICs and the generation of a specialized protective microenvironment. The molecular mechanisms underlying the therapy resistance of GICs are largely unknown. rnThe first aim of this study was to identify immune evasion mechanisms in GICs triggered by radiation. A model was used in which patient-derived GICs were treated in vitro with fractionated ionizing radiation (2.5 Gy in 7 consecutive passages) to select for a more radio-resistant phenotype. In the model cell line 1080, this selection process resulted in increased proliferative but diminished migratory capacities in comparison to untreated control GICs. Furthermore, radio-selected GICs downregulated various proteins involved in antigen processing and presentation, resulting in decreased expression of MHC class I molecules on the cellular surface and diminished recognition potential by cytotoxic CD8+ T cells. Thus, sub-lethal fractionated radiation can promote immune evasion and hamper the success of adjuvant immunotherapy. Among several immune-associated proteins, interferon-induced transmembrane protein 3 (IFITM3) was found to be upregulated in radio-selected GICs. While high expression of IFITM3 was associated with a worse overall survival of GBM patients (TCGA database) and increased proliferation and migration of differentiated glioma cell lines, a strong contribution of IFITM3 to proliferation in vitro as well as tumor growth and invasiveness in a xenograft model could not be observed. rnMultiple sclerosis (MS) is the most common autoimmune disease of the CNS in young adults of the Western World, which leads to progressive disability in genetically susceptible individuals, possibly triggered by environmental factors. It is assumed that self-reactive, myelin-specific T helper cell 1 (Th1) and Th17 cells, which have escaped the control mechanisms of the immune system, are critical in the pathogenesis of the human disease and its animal model experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). It was observed that in vitro differentiated interleukin 17 (IL-17) producing Th17 cells co-expressed the Th1-phenotypic cytokine Interferon-gamma (IFN-γ) in combination with the two respective lineage-associated transcription factors RORγt and T-bet after re-isolation from the CNS of diseased mice. Pathogenic molecular mechanisms that render a CD4+ T cell encephalitogenic have scarcely been investigated up to date. rnIn the second part of the thesis, whole transcriptional changes occurring in in vitro differentiated Th17 cells in the course of EAE were analyzed. Evaluation of signaling networks revealed an overrepresentation of genes involved in communication between the innate and adaptive immune system and metabolic alterations including cholesterol biosynthesis. The transcription factors Cebpa, Fos, Klf4, Nfatc1 and Spi1, associated with thymocyte development and naïve T cells were upregulated in encephalitogenic CNS-isolated CD4+ T cells, proposing a contribution to T cell plasticity. Correlation of the murine T-cell gene expression dataset to putative MS risk genes, which were selected based on their proximity (± 500 kb; ensembl database, release 75) to the MS risk single nucleotide polymorphisms (SNPs) proposed by the most recent multiple sclerosis GWAS in 2011, revealed that 67.3% of the MS risk genes were differentially expressed in EAE. Expression patterns of Bach2, Il2ra, Irf8, Mertk, Odf3b, Plek, Rgs1, Slc30a7, and Thada were confirmed in independent experiments, suggesting a contribution to T cell pathogenicity. Functional analysis of Nfatc1 revealed that Nfatc1-deficient CD4+ T cells were restrained in their ability to induce clinical signs of EAE. Nfatc1-deficiency allowed proper T cell activation, but diminished their potential to fully differentiate into Th17 cells and to express high amounts of lineage cytokines. As the inducible Nfatc1/αA transcript is distinct from the other family members, it could represent an interesting target for therapeutic intervention in MS.rn

Deletion of CD39 on natural killer cells attenuates hepatic ischemia/reperfusion injury in mice

Natural killer (NK) cells play crucial roles in innate immunity and express CD39 (Ecto-nucleoside triphosphate diphosphohydrolase 1 [E-NTPD1]), a rate-limiting ectonucleotidase in the phosphohydrolysis of extracellular nucleotides to adenosine. We have studied the effects of CD39 gene deletion on NK cells in dictating outcomes after partial hepatic ischemia/reperfusion injury (IRI). We show in mice that gene deletion of CD39 is associated with marked decreases in phosphohydrolysis of adenosine triphosphate (ATP) and adenosine diphosphate to adenosine monophosphate on NK cells, thereby modulating the type-2 purinergic (P2) receptors demonstrated on these cells. We note that CD39-null mice are protected from acute vascular injury after single-lobe warm IRI, and, relative to control wild-type mice, display significantly less elevation of aminotransferases with less pronounced histopathological changes associated with IRI. Selective adoptive transfers of immune cells into Rag2/common gamma null mice (deficient in T cells, B cells, and NK/NKT cells) suggest that it is CD39 deletion on NK cells that provides end-organ protection, which is comparable to that seen in the absence of interferon gamma. Indeed, NK effector mechanisms such as interferon gamma secretion are inhibited by P2 receptor activation in vitro. Specifically, ATPgammaS (a nonhydrolyzable ATP analog) inhibits secretion of interferon gamma by NK cells in response to interleukin-12 and interleukin-18, providing a mechanistic link between CD39 deletion and altered cytokine secretion. CONCLUSION: We propose that CD39 deficiency and changes in P2 receptor activation abrogate secretion of interferon gamma by NK cells in response to inflammatory mediators, thereby limiting tissue damage mediated by these innate immune cells during IRI.

Skin-infiltrating T cells and cytokine expression in Icelandic horses affected with insect bite hypersensitivity: a possible role for regulatory T cells

Equine insect bite hypersensitivity (IBH) is a seasonally recurrent, pruritic skin disorder caused by an IgE-mediated reaction to salivary proteins of biting flies, predominantly of the genus Culicoides. The aim of this study was to define T cell subsets and cytokine profile in the skin of IBH-affected Icelandic horses with particular focus on the balance between T helper (Th) 1, Th2 and T regulatory (Treg) cells. Distribution and number of CD4+, CD8+ and Forkhead box P3 (FoxP3)+ T cells were characterized by immunohistochemical staining in lesional and non-lesional skin of moderately and severely IBH-affected horses (n=14) and in the skin of healthy control horses (n=10). Using real-time quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction, mRNA expression levels of Th2 cytokines (Interleukin (IL)-4, IL-5, IL-13), Th1 cytokines (Interferon-gamma), regulatory cytokines (Transforming Growth Factor beta1, IL-10) and the Treg transcription factor FoxP3 were measured in skin and blood samples. Furthermore, Culicoides nubeculosus specific serum IgE levels were assessed. Lesions of IBH-affected horses contained significantly higher numbers of CD4+ cells than skin of healthy control horses. Furthermore, the total number of T cells (CD4+ and CD8+) was significantly increased in lesional compared to non-lesional skin and there was a tendency (p=0.07) for higher numbers of CD4+ cells in lesional compared to non-lesional skin. While the number of FoxP3+ T cells did not differ significantly between the groups, the ratio of Foxp3 to CD4+ cells was significantly lower in lesions of severely IBH-affected horses than in moderately affected or control horses. Interestingly, differences in FoxP3 expression were more striking at the mRNA level. FoxP3 mRNA levels were significantly reduced in lesional skin, compared both to non-lesional and to healthy skin and were also significantly lower in non-lesional compared to healthy skin. Expression levels of IL-13, but not IL-4 or IL-5, were significantly elevated in lesional and non-lesional skin of IBH-affected horses. IL-10 levels were lower in lesional compared to non-lesional skin (p=0.06) and also lower (p=0.06) in the blood of IBH-affected than of healthy horses. No significant changes were observed regarding blood expression levels of Th1 and Th2 cytokines or FoxP3. Finally, IBH-affected horses had significantly higher Culicoides nubeculosus specific serum IgE levels than control horses. The presented data suggest that an imbalance between Th2 and Treg cells is a characteristic feature in IBH. Treatment strategies for IBH should thus aim at restoring the balance between Th2 and Treg cells.

Exogenous gonadotropins have little impact on follicular but considerable effect on serum cytokine concentrations – a comparison between Natural Cycle and stimulated IVF using a multiplexed assay platform

Introduction: Throughout follicular growth and subsequent corpus luteum formation the leukocyte number increases and follicular vascularisation changes. These processes are enhanced under exogenous stimulation with gonadotropins. Cytokines released by leukocytes contribute to further recruitment and vascularisation of the follicle, and they play an important role in regulating ovarian steroidogenesis by influencing theca and granulosa–lutein cell function. Changes in cytokine and vascular endothelial growth factor (VEGF) concentrations in the ovary as a consequence of gonadotropin stimulation may negatively influence oocyte quality. In this project we have compared the intrafollicular production of inflammatory cytokines and growth factors between natural IVF cycles (NC) and classical, gonadotropin-stimulated IVF cycles (gsIVF). Material and Methods: Serum on the day of oocyte retrieval and follicular fluid (FF) were collected in 37 NC and 39 gsIVF cycles. Thirteen women within this population underwent one NC and one gsIVF cycle each. A total of 14 cytokines from Bio-Plex panels I and II were determined in matched serum and FF samples using Luminex xMAP technology on the Bio-Plex(R) platform, using the serum protocol. Results: Tumour necrosis factor-alpha, RANTES, eotaxin and interferon-gamma-induced protein-10 levels were lower in FF than in serum, and thus not further investigated. Interleukin (IL)-6, -8, -10, -15, -18, monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1), VEGF and leukaemia inhibitory factor (LIF) showed higher median concentrations in FF than in serum, indicating possible ovarian production. Moreover, most of these showed higher evels in the gsIVF than in the NC groups in the serum, but not in the follicular fluid. IL-8 was reduced in gsIVF cycles. Conclusion: The fact that serum but not FF levels of the studied cytokines were higher in the stimulated than in the natural cycles can be attributed to the increased number of active follicles present after controlled ovarian stimulation.

Evidence for dissociation of TLR mRNA expression and TLR agonist-mediated functions in bovine macrophages

Toll-like receptors are of key importance in the recognition of and response to infectious agents by cells of the innate immune system. TLR mRNA expression and TLR-mediated functions were determined in bovine macrophages (MPhi) infected with bovine viral diarrhea virus (BVDV) or stimulated with interferon-gamma (IFN-gamma) in order to see whether they are correlated under these conditions. As parameters quantitative real time RT-PCR (QRT-PCR) for TLR2, TLR3 and TLR4, NO and TNF production were measured. Triggering of bovine MPhi with bona fide TLR2 and TLR4 agonists (lipopolysaccharide, lipoteichoic acid, peptidoglycan, lipopetide) led to NO and TNF production but neither TLR3 nor TLR9 agonists (double-stranded RNA, CpG DNA) showed this effect. The mRNA expression of TLR2, TLR3 and TLR4 was neither influenced by MPhi costimulation with IFN-gamma nor by MPhi preinfection with BVDV nor by the ligands themselves. However, NO production induced by TLR2 or TLR4 agonists was strongly modulated either by IFN-gamma costimulation or BVDV preinfection. Thus costimulation of MPhi with IFN-gamma resulted in an increase of both NO synthesis and TNF expression by cells stimulated simultaneously by TLR2 or TLR4 agonists. Preinfection of bovine MPhi by BVDV resulted in upregulation of TLR2- and TLR4-mediated NO synthesis. Collectively, these data show that TLR-mediated functions may be modulated by viral infection or activation via IFN-gamma of MPhi whereas the mRNA concentrations of relevant TLR members were not significantly influenced. Thus, the amount of TLR2, TLR3 and TLR4 mRNA transcripts is stable at least under the conditions tested. More importantly, modulation of TLR-mediated responses was dissociated from mRNA expression of TLR members.

Immunologic and functional evidence for anti-Siglec-9 autoantibodies in intravenous immunoglobulin preparations

Human intravenous immunoglobulin (IVIg) preparations are increasingly used for the treatment of autoimmune diseases. Earlier work demonstrated the presence of autoantibodies against Fas in IVIg, suggesting that IVIg might be able to induce caspase-dependent cell death in Fas-sensitive cells. In this study, we demonstrate that sialic acid-binding Ig-like lectin 9 (Siglec) represents a surface molecule on neutrophils that is activated by IVIg, resulting in caspase-dependent and caspase-independent forms of cell death. Neutrophil death was mediated by naturally occurring anti-Siglec-9 autoantibodies present in IVIg. Moreover, the efficacy of IVIg-mediated neutrophil killing was enhanced by the proinflammatory cytokines granulocyte/macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) and interferon-gamma (IFN-gamma), and this additional cell death required reactive oxygen species (ROSs) but not caspases. Anti- Siglec-9 autoantibody-depleted IVIg failed to induce this caspase-independent neutrophil death. These findings contribute to our understanding of how IVIg preparations exert their immunoregulatory effects under pathologic conditions and may provide a possible explanation for the neutropenia that is sometimes seen in association with IVIg therapy.

Single-cell analysis divides bovine monocyte-derived dendritic cells into subsets expressing either high or low levels of inducible nitric oxide synthase

Dendritic cells (DC) are important cells at the interface between innate and adaptive immunity. DC have a key role in antigen processing and presentation to T cells. Effector functions of DC related to innate immunity have not been explored extensively. We show that bovine monocyte-derived DC (mDC) express inducible nitric oxide synthase (iNOS) mRNA and protein and produce NO upon triggering with interferon-gamma (IFN-gamma) and heat-killed Listeria monocytogenes (HKLM). An immunocytochemical analysis revealed that a sizeable subset (20-60%) copiously expresses iNOS (iNOShi) upon IFN-gamma/HKLM triggering, whereas the other subset expressed low levels of iNOS (iNOSlo). Monocyte-derived macrophages (mMphi) are more homogeneous with regard to iNOS expression. The number of cells within the iNOSlo mDC subset is considerably larger than the number of dead cells or cells unresponsive to IFN-gamma/HKLM. The large majority of cells translocated p65 to the nucleus upon triggering by IFN-gamma/HKLM. A contamination of mDC with iNOS-expressing mMphi was excluded as follows. (i) Cell surface marker analysis suggested that mDC were relatively homogeneous, and no evidence for a contaminating subset expressing macrophage markers (e.g. high levels of CD14) was obtained. (ii) iNOS expression was stronger in iNOShi mDC than in mMphi. The use of maturation-promoting stimuli revealed only subtle phenotypic differences between immature and mature DC in cattle. Nevertheless, these stimuli promoted development of considerably fewer iNOShi mDC upon triggering with IFN-gamma/HKLM. Immunocytochemical results showed that although a significant proportion of cells expressed iNOS only or TNF only upon triggering with IFN-gamma/HKLM, a significant number of cells expressed both iNOS and TNF, suggesting that TNF and iNOS producing (TIP) DC are present within bovine mDC populations obtained in vitro.

Elimination of chronic viral infection by blocking CD27 signaling

Neutralizing antibody (nAb) responses to lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) in mice and immunodeficiency virus and hepatitis C virus in humans are usually weak and slow to develop. This may be the result of structural properties of the surface glycoprotein, a low frequency of B cells with neutralizing specificity, and the necessity of prolonged affinity maturation of specific nAbs. In this study, we show that during LCMV infection, CD27 signaling on CD4+ T cells enhances the secretion of interferon-gamma and tumor necrosis factor-alpha. These inflammatory cytokines lead to the destruction of splenic architecture and immunodeficiency with reduced and delayed virus-specific nAb responses. Consequently, infection with the otherwise persistent LCMV strain Docile was eliminated after CD27 signaling was blocked. Our data provide a novel mechanism by which LCMV avoids nAb responses and suggest that blocking the CD27-CD70 interaction may be an attractive strategy to prevent chronic viral infection.