Differential expression of the costimulatory molecules CD86, CD28, CD152 and PD-1 correlates with the host-parasite outcome in leprosy

Leprosy is a spectral disease exhibiting two polar sides, namely, lepromatous leprosy (LL) characterised by impaired T-cell responses and tuberculoid leprosy in which T-cell responses are strong. Proper T-cell activation requires signalling through costimulatory molecules expressed by antigen presenting cells and their ligands on T-cells. We studied the influence of costimulatory molecules on the immune responses of subjects along the leprosy spectrum. The expression of the costimulatory molecules was evaluated in in vitro-stimulated peripheral blood mononuclear cells of lepromatous and tuberculoid patients and healthy exposed individuals (contacts). We show that LL patients have defective monocyte CD86 expression, which likely contributes to the impairment of the antigen presentation process and to patients anergy. Accordingly, CD86 but not CD80 blockade inhibited the lymphoproliferative response to Mycobacterium leprae. Consistent with the LL anergy, there was reduced expression of the positive signalling costimulatory molecules CD28 and CD86 on the T-cells in these patients. In contrast, tuberculoid leprosy patients displayed increased expression of the negative signalling molecules CD152 and programmed death-1 (PD-1), which represents a probable means of modulating an exacerbated immune response and avoiding immunopathology. Notably, the contacts exhibited proper CD86 and CD28 expression but not exacerbated CD152 or PD-1 expression, suggesting that they tend to develop a balanced immunity without requiring immunosuppressive costimulatory signalling.

Up-regulation of chemokine C-C ligand 2 (CCL2) and C-X-C chemokine 8 (CXCL8) expression by monocytes in chronic idiopathic urticaria

The disturbed cytokinechemokine network could play an important role in the onset of diseases with inflammatory processes such as chronic idiopathic urticaria (CIU). Our main objectives were to evaluate the relation between proinflammatory chemokine serum levels from CIU patients and their response to autologous skin test (ASST) and basophil histamine release (BHR). We also aimed to assess the chemokine secretion by peripheral blood mononuclear cells (PBMC) upon polyclonal stimulus and to evaluate chemokine CC ligand 2/C-X-C chemokine 8 (CCL2/CXCL8) and Toll-like receptor-4 (TLR-4) expression in monocytes. We observed significantly higher serum levels of the CXCL8, CXCL9, CXCL10 and CCL2 in CIU patients compared to the healthy group, regardless of the BHR or ASST response. The basal secretion of CCL2 by PBMC or induced by Staphylococcus aureus enterotoxin A (SEA) was higher in CIU patients than in the control group, as well as for CXCL8 and CCL5 secretions upon phytohaemagglutinin stimulation. Also, up-regulation of CCL2 and CXCL8 mRNA expression was found in monocytes of patients upon SEA stimulation. The findings showed a high responsiveness of monocytes through CCL2/CXCL8 expression, contributing to the creation of a proinflammatory environment in CIU.

Age-Related Expansion of Tim-3 Expressing T Cells in Vertically HIV-1 Infected Children

As perinatally HIV-1-infected children grow into adolescents and young adults, they are increasingly burdened with the long-term consequences of chronic HIV-1 infection, with long-term morbidity due to inadequate immunity. In progressive HIV-1 infection in horizontally infected adults, inflammation, T cell activation, and perturbed T cell differentiation lead to an "immune exhaustion'', with decline in T cell effector functions. T effector cells develop an increased expression of CD57 and loss of CD28, with an increase in co-inhibitory receptors such as PD-1 and Tim-3. Very little is known about HIV-1 induced T cell dysfunction in vertical infection. In two perinatally antiretroviral drug treated HIV-1-infected groups with median ages of 11.2 yr and 18.5 yr, matched for viral load, we found no difference in the proportion of senescent CD28(-)CD57(+)CD8(+) T cells between the groups. However, the frequency of Tim-3(+)CD8(+) and Tim-3(+)CD4(+) exhausted T cells, but not PD-1(+) T cells, was significantly increased in the adolescents with longer duration of infection compared to the children with shorter duration of HIV-1 infection. PD-1(+)CD8(+) T cells were directly associated with T cell immune activation in children. The frequency of Tim-3(+)CD8(+) T cells positively correlated with HIV-1 plasma viral load in the adolescents but not in the children. These data suggest that Tim-3 upregulation was driven by both HIV-1 viral replication and increased age, whereas PD-1 expression is associated with immune activation. These findings also suggest that the Tim-3 immune exhaustion phenotype rather than PD-1 or senescent cells plays an important role in age-related T cell dysfunction in perinatal HIV-1 infection. Targeting Tim-3 may serve as a novel therapeutic approach to improve immune control of virus replication and mitigate age related T cell exhaustion.

The involvement of the spleen during chronic phase of Schistosoma mansoni infection in galectin-3(-/-) mice

Schistosoma mansoni synthesizes glycoconjugates which interact with galectin-3, eliciting an intense humoral immune response. Moreover, it was demonstrated that galectin-3 regulates B cell differentiation into plasma cells. Splenomegaly is a hallmark event characterized by polyclonal B cell activation and enhancement of antibody production. Here, we investigated whether galectin-3 interferes with spleen organization and B cell compartment during chronic schistosomiasis, using wild type (WT) and galectin-3(-/-) mice. In chronically-infected galectin-3(-/-) mice the histological architecture of the spleen, including white and red pulps, was disturbed with heterogeneous lymphoid follicles, an increased number of plasma cells (CD19(-)B220(-/low)CD138(+)) and a reduced number of macrophages (CD19(-)B220(-)Mac-1(+)CD138(-)) and B lymphocytes (CD19(+)B220(+/high)CD138(-)), compared with the WT infected mice. In the absence of galectin-3 there was an increase of annexin-V+PI- cells and a major presence of apoptotic cells in spleen compared with WT infected mice. In spleen of WT infected mice galectin-3 was largely expressed in lymphoid follicles and extrafollicular sites. Thus, we propose that galectin-3 plays a role in splenic architecture, controlling distinct events such as apoptosis, macrophage activity, B cell differentiation and plasmacytogenesis in the course of S. mansoni infection.

Faster HIV-1 Disease Progression among Brazilian Individuals Recently Infected with CXCR4-Utilizing Strains

Introduction: Primary HIV infection is usually caused by R5 viruses, and there is an association between the emergence of CCXR4-utilizing strains and faster disease progression. We characterized HIV-1 from a cohort of recently infected individuals in Brazil, predicted the virus's co-receptor use based on the env genotype and attempted to correlate virus profiles with disease progression. Methods: A total of 72 recently infected HIV patients were recruited based on the Serologic Testing Algorithm for Recent HIV Seroconversion and were followed every three to four months for up to 78 weeks. The HIV-1 V3 region was characterized by sequencing nine to twelve weeks after enrollment. Disease progression was characterized by CD4+ T-cell count decline to levels consistently below 350 cells/mu L. Results: Twelve out of 72 individuals (17%) were predicted to harbor CXCR4-utilizing strains; a baseline CD4,350 was more frequent among these individuals (p = 0.03). Fifty-seven individuals that were predicted to have CCR5-utilizing viruses and 10 individuals having CXCR4-utilizing strains presented with baseline CD4.350; after 78 weeks, 33 individuals with CCR5 strains and one individual with CXCR4 strains had CD4.350 (p = 0.001). There was no association between CD4 decline and demographic characteristics or HIV-1 subtype. Conclusions: Our findings confirm the presence of strains with higher in vitro pathogenicity during early HIV infection, suggesting that even among recently infected individuals, rapid progression may be a consequence of the early emergence of CXCR4-utilizing strains. Characterizing the HIV-1 V3 region by sequencing may be useful in predicting disease progression and guiding treatment initiation decisions.

Clinical Treatment of Dry Eye Using 0.03% Tacrolimus Eye Drops

Purpose: To report the clinical outcome of the treatment of dry eyes using 0.03% tacrolimus eye drops (olive oil + tacrolimus 0.03%) (Ophthalmos, Sao Paulo, Brazil). Methods: Sixteen eyes of 8 patients with Sjogren syndrome dry eyes (age, 51.13 +/- 9.45 years) were enrolled in this study (prospective noncontrolled interventional case series). Patients were instructed to use topical 0.03% tacrolimus eye drops twice a day (every 12 hours) in the lower conjunctival sac. Schirmer I test, break-up time, corneal fluorescein, and rose bengal staining score were performed in all patients 1 day before, and 14, 28, and 90 days after treatment with 0.03% tacrolimus eye drops. Results: The average fluorescein staining and rose bengal staining scores improved statistically significantly after 14 days of treatment and improved even more after 28 and 90 days. The average Schirmer I test did not improve statistically significantly after 28 days of treatment, although we did observe a significant improvement after 90 days of treatment with 0.03% tacrolimus eye drops. The average break-up time did not improve statistically after 14 days of treatment, although we observed a significant improvement after 28 and 90 days of treatment with 0.03% tacrolimus eye drops. Conclusions: Topical 0.03% tacrolimus eye drops successfully improved tear stability and ocular surface status in patients with dry eyes.

Can an immune-regulatory vaccine prevent HIV infection?

Developing vaccines to prevent the establishment of HIV infection has been fraught with difficulties. It might therefore be important to consider other new strategies. Since several studies suggest that anti-inflammatory stimuli can protect from HIV infection and because HIV replicates preferably in activated T cells, we suggest here that the reduction of immune activation through a HIV-specific regulatory T-cell vaccine might thwart early viral replication. Thus, because immune activation is a good predictor of disease progression and the immune activation set point has been shown to be an early event during HIV infection, vaccinating to achieve control of early virus-specific immune activation might be advantageous.

Maternal immunization with ovalbumin prevents neonatal allergy development and up-regulates inhibitory receptor FcγRIIB expression on B cells

Abstract Background Preconception allergen immunization prevents neonatal allergen sensitization in mice by a complex interaction between regulatory cells/factors and antibodies. The present study assessed the influence of maternal immunization with ovalbumin (OVA) on the immune response of 3 day-old and 3 week-old offspring immunized or non-immunized with OVA and evaluated the effect of IgG treatment during fetal development or neonatal period. Results Maternal immunization with OVA showed increased levels of FcγRIIb expression in splenic B cells of neonates, which were maintained for up to 3 weeks and not affected by additional postnatal OVA immunization. Maternal immunization also exerted a down-modulatory effect on both IL-4 and IFN-γ-secreting T cells and IL-4 and IL-12- secreting B cells. Furthermore, immunized neonates from immunized mothers showed a marked inhibition of antigen-specifc IgE Ab production and lowered Th2/Th1 cytokine levels, whereas displaying enhanced FcγRIIb expression on B cells. These offspring also showed reduced antigen-specific proliferative response and lowered B cell responsiveness. Moreover, in vitro evaluation revealed an impairment of B cell activation upon engagement of B cell antigen receptor by IgG from OVA-immunized mice. Finally, in vivo IgG transference during pregnancy or breastfeeding revealed that maternal Ab transference was able to increase regulatory cytokines, such as IL-10, in the prenatal stage; yet only the postnatal treatment prevented neonatal sensitization. None of the IgG treatments induced immunological changes in the offspring, as it was observed for those from OVA-immunized mothers. Conclusion Maternal immunization upregulates the inhibitory FcγRIIb expression on offspring B cells, avoiding skewed Th2 response and development of allergy. These findings contribute to the advancement of prophylactic strategies to prevent allergic diseases in early life.

Inflammatory responses in the rat superior colliculus after eye enucleation

Ocular enucleation induces profound morphological alterations in central visual areas. However, little is known about the response of glial cells and possible inflammatory processes in visual brain areas resulting from eye enucleation. In this study, immunoblotting and immunostaining assays revealed increased expression of astrocyte and microglia markers in the rat superior colliculus (SC) between 1 and 15 days after contralateral enucleation. A transient increase of neuronal COX-2 protein expression was also found in the SC. To evaluate the role of an anti-inflammatory drug in attenuating both COX-2 and glial cell activation, the synthetic glucocorticoid dexamethasone (DEX) was administered (1mg/kg i.p., for 3 days) to enucleated rats. Immunoblotting data revealed that DEX treatment significantly inhibited COX-2 protein expression. Postlesion immunostaining for astrocyte and microglia markers was also significantly reduced by DEX treatment. These findings suggest that the removal of retinal ganglion cell input generates inflammatory responses in central retinorecipient structures

The role of Nox2-derived ROS in the development of cognitive impairment after sepsis

BACKGROUND: Sepsis- associated encephalopathy (SAE) is an early and common feature of severe infections. Oxidative stress is one of the mechanisms associated with the pathophysiology of SAE. The goal of this study was to investigate the involvement of NADPH oxidase in neuroinflammation and in the long-term cognitive impairment of sepsis survivors. METHODS: Sepsis was induced in WT and gp91phox knockout mice (gp91phox-/-) by cecal ligation and puncture (CLP) to induce fecal peritonitis. We measured oxidative stress, Nox2 and Nox4 gene expression and neuroinflammation in the hippocampus at six hours, twenty-four hours and five days post-sepsis. Mice were also treated with apocynin, a NADPH oxidase inhibitor. Behavioral outcomes were evaluated 15 days after sepsis with the inhibitory avoidance test and the Morris water maze in control and apocynin-treated WT mice. RESULTS: Acute oxidative damage to the hippocampus was identified by increased 4-HNE expression in parallel with an increase in Nox2 gene expression after sepsis. Pharmacological inhibition of Nox2 with apocynin completely inhibited hippocampal oxidative stress in septic animals. Pharmacologic inhibition or the absence of Nox2 in gp91phox-/- mice prevented glial cell activation, one of the central mechanisms associated with SAE. Finally, treatment with apocynin and inhibition of hippocampal oxidative stress in the acute phase of sepsis prevented the development of long-term cognitive impairment. CONCLUSIONS: Our results demonstrate that Nox2 is the main source of reactive oxygen species (ROS) involved in the oxidative damage to the hippocampus in SAE and that Nox2-derived ROS are determining factors for cognitive impairments after sepsis. These findings highlight the importance of Nox2-derived ROS as a central mechanism in the development of neuroinflammation associated with SAE.

Immunevasion des murinen Cytomegalovirus: Regulatoren der MHC-Klasse-I vermittelten Antigenpräsentation

Zu den Immunevasionsmechanismen des murinen Cytomegalovirus, die sich im Laufe der Koevolution von Virus und Wirt entwickelt haben, gehört die Interferenz von drei viralen Regulatoren mit der Antigenpräsentation über MHC-Klasse-I-Moleküle, wodurch die Aktivierung von zytotoxischen CD8 T-Zellen beeinflusst wird: Während m152/gp40 peptidbeladene MHC-Klasse-I-Komplexe im cis-Golgi-Kompartiment akkumuliert, führt m06/gp48 diese Komplexe der lysosomalen Degradation zu. Im Gegensatz dazu vermittelt m04/gp34 deren Transport an die Zelloberfläche, wurde in der Literatur bisher aber trotzdem als Inhibitor der CD8 T-Zellaktivierung beschrieben. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss dieser viralen Proteine auf die Peptidpräsentation bzw. die T-Zellaktivierung zu untersuchen. Dazu wurde ein Set von Viren verwendet, das neben mCMV-WT aus mCMV-Deletionsmutanten besteht, die jedes der regulatorischen Proteine einzeln bzw. in allen möglichen Kombinationen exprimieren, einschließlich einer Mutante, die keines der Proteine besitzt. Entgegen der bisher gültigen Annahme konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass m04/gp34 die Antigenpräsentation nicht inhibiert. Wird es allein exprimiert, bleibt die T-Zellaktivierung unbeeinflusst. Wird es zusammen mit m152/gp40 exprimiert, stellt es die T-Zellaktivierung wieder her, indem es den herunter regulierenden Effekt von m152/gp40 antagonisiert. Dieser positiv regulierende Effekt von m04/gp34 wird wiederum durch m06/gp48 aufgehoben. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, wie die verschiedenen Effekte dieser Virusproteine in vivo das Überleben im infizierten Wirt steuern. So wird im adoptiven Transfermodell die Infektion mit der Deletionsmutante, die m152/gp40 alleine exprimiert, schlechter kontrolliert als die Infektion mit der m152/gp40 und m04/gp34 exprimierenden Mutante. Dieser die CD8 T-Zellkontrolle verbessernde Effekt von m04/gp34 wird durch m06/gp48 wieder aufgehoben. Dass ein viraler Erreger nicht nur negative Regulatoren der Antigenpräsentation exprimiert, sondern auch einen positiven Regulator, der den Effekt eines negativen Regulators wieder aufhebt, ist in der Literatur beispiellos. Durch differentielle Expression dieser Regulatoren eröffnet sich damit dem Virus die Möglichkeit, die Antigenpräsentation gezielt zu modulieren.

Analyse immunologischer und proteomischer Aspekte im Rahmen der Glaukompathogenese

Das Glaukom stellt eine heterogene Gruppe von okularen Erkrankungen dar, deren Pathogenese sich durch einen langsamen, progradienten Untergang von retinalen Ganglienzellen und ihren Axonen auszeichnet. rnIn den letzten Jahren wurde im Kontext der Glaukompathogenese verstärkt die Beteiligung autoreaktiver Antikörper diskutiert. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit bestand in dem Vergleich solcher Autoantikörper-Reaktionen in den Serum- und Kammerwasserproben einzelner Glaukompatienten. Hierdurch sollte geklärt werden, inwieweit die Immunreaktivitäten dieser beiden Körperflüssigkeiten miteinander übereinstimmen und ob sich Hinweise auf eine lokale Antikörperproduktion im immunprivilegierten Auge finden lassen. Mittels eines etablierten Protein-Microarray-Verfahrens wurden die Immunreaktionen gegen 40 verschiedene Antigene, wie z.B. Hitzeschock-Proteine oder neuronale Strukturproteine, untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die detektierten Autoantikörper-Reaktionen gegen mehr als 80% der untersuchten Antigene in beiden Körperflüssigkeiten miteinander übereinstimmen. Verdeutlicht wird hierdurch, dass die Antikörper-basierenden immunologischen Vorgänge im Auge bzw. Kammerwasser, trotz dessen Abschottung vom Blutkreislauf durch die Blut-Retina-Schranke, denen des Serums stark ähneln. Nur vereinzelt lassen sich Hinweise auf eine lokale Antikörperproduktion im Auge finden, wodurch die Bedeutung der detektierten Serumantikörper-Reaktionen für die Glaukomerkrankung belegt wird. rnEin weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Detektion möglicher veränderter Proteinexpressionen in den Retinae und Serumproben von Glaukompatienten, die potentiell zu den neurodegenerativen Prozessen der Glaukompathogenese beitragen. Um die Analyse spezifischer Proteinexpressionen zu ermöglichen, wurde das Verfahren des Antikörper-Microarrays etabliert und auf die Fragestellung angewendet. Untersucht wurden hierbei vor allem die Abundanzen von Komplementproteinen, Zytokinen und Hitzeschock-Proteinen, aber auch die von verschiedenen neuronalen Strukturproteinen. Als Probenmaterial dienten Serum- und Retinaproben von Glaukompatienten, die vergleichend denen von gesunden Probanden gegenübergestellt wurden. Die Analyse erbrachte die Erkenntnis, dass neben der verstärkten Expression von Komplementproteinen in der Retina (z.B. C3, C6) auch im Serum der Glaukompatienten eine erhöhte Konzentration dieser Proteine vorliegt, die im Rahmen der Glaukomerkrankung möglicherweise ebenfalls eine Rolle spielen. Ähnliches konnte für verschiedene Zytokine, wie z.B. TNF-α, IFN-γ oder IL1-β beobachtet werden, die in den untersuchten Retinae von Glaukomprobanden, teilweise auch in den Serumproben der Patienten, in verstärktem Maße detektiert werden konnten. Die erhöhte Produktion von Zytokinen in der Retina ist wahrscheinlich auf die Aktivierung von Gliazellen zurückzuführen, ein Ereignis für das in dieser Arbeit zahlreiche Hinweise gefunden werden konnten. Die Gliaaktivierung wird vermutlich durch apoptotische Prozesse in der Retina ausgelöst, eventuell aber auch durch eine erfolgte Komplementaktivierung. Darüber hinaus konnten mittels eines massenspektrometrischen Verfahrens weitere Expressionsunterschiede verschiedener retinaler Proteine bei Glaukompatienten festgestellt werden. Diese Veränderungen, wie z.B. geminderte Mengen von ROS-eliminierenden Proteinen, wie der Superoxid Dismutase und Peroxiredoxin-2, begünstigen bzw. verstärken sehr wahrscheinlich die neurodegenerativen Prozesse in der Retina von GlaukompatientenrnInwieweit die untersuchten Faktoren kausativ an den neurodegenerativen Prozessen beteiligt sind, bleibt ungeklärt, jedoch untermauert deren Vielzahl die Notwendigkeit, die Ursache der Glaukomerkrankung als komplexe Interaktion und Wechselwirkung verschiedener Komponenten zu betrachten und nicht als einen einzelnen fehlgesteuerten Mechanismus.rn

Mechanismen zur Suppression der experimentellen akuten Graft-versus-Host-Disease

Die Transplantation von allogenen hämatopoetischen Stammzellen stellt für viele Patienten mit hämatologischen Erkrankungen, wie beispielsweise akuter Leukämie, oftmals die einzige kurative Therapieoption dar. Die Erkennung von Empfängerantigenen durch immunkompetente Zellen des Spenders bietet dabei die Basis für erwünschte Graft-versus-Tumor-Effekte, verursacht jedoch häufig außerdem die unerwünschte Graft-versus-Host Disease (GvHD), eine mitunter schwerwiegende Komplikation. In der vorliegenden Arbeit wurden potentielle Mechanismen zur Hemmung alloreaktiver CD4+ und CD8+ T-Zellen (TZ) und folglich zur Hemmung der akuten GvHD in einem experimentellen GvHD-Modell untersucht, welches auf dem Transfer von allogenen Zellen zwischen MHC-inkompatiblen Mausstämmen basiert. Die vorliegende Arbeit weist zum Einen darauf hin, dass das Fehlen MyD88- und TRIF-vermittelter Toll-like-Rezeptor-Signale zumindest im Rahmen des hier verwendeten Transplantationsmodells nicht zwingend zu einer Hemmung der akuten GvHD führt. Zum Anderen konnte belegt werden, dass CD4+ CD25+ regulatorische T-Zellen (Tregs) kompetente Suppressoren der durch alloreaktive CD4+ und CD8+ TZ ausgelösten akuten GvHD darstellen. In weiterführenden Experimenten ist gezeigt worden, dass die Tregs sich verschiedener Mechanismen bedienen, um ihre Zielzellen zu inhibieren. Das suppressive Zytokin Interleukin-10 kann als löslicher Mediator zumindest in vitro offenbar eine Rolle bei der Treg-vermittelten Suppression alloreaktiver TZ spielen. Da jedoch auch Tregs aus Interleukin-10-defizienten Spendern die GvHD-Entstehung in den Empfängern abschwächen konnten, müssen noch weitere Mechanismen involviert sein. Es konnte in einer gemischten Leukozyten Reaktion in vitro eine zellkontaktabhängige Kommunikation mittels gap junctions hauptsächlich zwischen den Tregs und den allogenen Dendritischen Zellen (DCs) nachgewiesen werden, welche prinzipiell den Transfer von cAMP möglich macht. Die Kommunikation zwischen Tregs und DCs resultierte in einem supprimierten Phänotyp der DCs, gekennzeichnet durch eine verminderte Expression kostimulatorischer Moleküle auf ihrer Oberfläche. Solche supprimierten DCs können als Folge die alloreaktiven Spender-TZ vermutlich nicht aktivieren. Das cAMP-erhöhende Rolipram konnte in einer gemischten Leukozyten Reaktion in vitro die Proliferation alloreaktiver CD4+ und CD8+ TZ hemmen. Daneben konnte die Treg-vermittelte Suppression alloreaktiver TZ und der GvHD in vivo durch die zusätzliche Verabreichung von Rolipram noch gesteigert werden. Im letzten Kapitel dieser Arbeit wurde beschrieben, dass die alleinige Aktivierung alloreaktiver CD8+ TZ ausreichend ist, um eine akute GvHD auszulösen. In diesem Zusammenhang konnte nachgewiesen werden, dass CD4+ CD25+ Tregs die akute GvHD auch in einer scheinbar MHC-II-unabhängigen Weise hemmen können. Zusammenfassend belegt die vorliegende Arbeit, dass Tregs in einem MHC-inkompatiblen Transplantationsmodell alloreaktive CD4+ und CD8+ TZ und folglich die Entstehung einer GvHD effizient hemmen können. Bei der Hemmung der GvHD kommen wahrscheinlich verschiedene Mechanismen zum Tragen. Zumindest in vivo scheint von Tregs produziertes Interleukin-10 eine untergeordnete Rolle bei der Suppression alloreaktiver TZ und der GvHD zu spielen, hierbei steht vermutlich vielmehr der cAMP-abhängige Suppressionsmechanismus im Vordergrund.

Flagellin:allergen fusion proteins as novel vaccines for the treatment of severe type I allergies

Over the last decades the prevalence of food allergies has continually increased on a world wide scale. While there are effective treatments available for bee and wasp venom allergic patients, there is currently no established therapy for the treatment of severe food allergies. Aim of the project was to genetically fuse different food allergens with the immune modulating Toll-like receptor 5 (TLR5)-ligand flagellin and to test these constructs for their immune modulatory capacities both in vitro and in vivo. Chicken ovalbumin (Ova) as model antigen, Pru p 3, and Ara h 2 the respective major allergens from peach and peanut were used as allergens. The potential vaccine candidates were characterized by protein biochemical methods (purity, folding, endotoxin contaminations). Moreover, their immune modulating effects on cell culture lines (TLR5-receptor activation) and primary mouse immune cells (myeloid and plasmacytoid dendritic cells) were investigated. Additionally, the prophylactic and therapeutic use of the flagellin Ova fusion protein (rflaA:Ova) were investigated in a mouse model of intestinal allergy. In myeloid dendritic cells (mDC) stimulation with the fusion proteins led to a strong cell activation and cytokine secretion. Here, the fusion proteins proved to be a much stronger stimulus than the equimolar amount of both proteins provided alone or as a mixture. Noteworthy, stimulation with rflaA:Ova induced the secretion of the anti-inflammatory cytokine IL-10 from mDC. In co-culture experiments this IL-10 secretion suppressed the Ova-induced secretion of Th1 and Th2 cytokines from Ova-specific CD4 T cells. Using MyD88-deficient mDC this repression of cytokine secretion was shown to be TLR-dependent. Finally, the potency of the rflaA:Ova construct was investigated in a mouse model of Ova-induced intestinal allergy. In a prophylactic vaccination approach rflaA:Ova was shown to prevent the establishment of the intestinal allergy and all associated symptoms (weight loss, temperature drop, soft faeces). This fusion protein-mediated protection was accompanied by a reduced T cell activation, and reduced Th2 cytokines in intestinal homogenates. These effects were paralleled by a strong induction of Ova-specific IgG2a antibodies in rflaA:Ova-vaccinated sera, while Ova-specific IgE antibody production was significantly reduced. Therapeutic vaccination with rflaA:Ova reduced allergic symptoms and T cell activation but did not influence weight loss and antibody production. In all in vivo experiments vaccination with both proteins either provided alone or as a mixture did not have comparable effects. Future experiments aim at elucidating the mechanism and further optimization of the therapeutic vaccination approach. The results presented in this thesis demonstrate, that fusion proteins containing flagellin have strong immune modulatory capacities both in vitro and in vivo. Therefore, such constructs are promising vaccine candidates for the therapy of type I allergies.

Das Interleukin-1Beta-Rezeptor-Homolog im Modifizierten Vakziniavirus Ankara (MVA) - Charakterisierung und möglicher Einfluss auf MVA-basierte Impfvektoren

MVA ist ein attenuiertes Vakziniavirus, das durch wiederholte Passagierung von Chorioallantoisvirus Ankara auf Hühnerembryofibroblasten gewonnen wurde. Es ist bis auf wenige Ausnahmen nicht mehr in der Lage, in Säugerzellen zu replizieren, zeigt aber dennoch eine vollständige virale Proteinexpression und induziert nach Immunisierung eine zu VACV vergleichbare Immunantwort. Aus diesem Grund wurde es bereits als Impfstoff gegen die menschliche Pockenerkrankung eingesetzt, ohne hierbei die bei den klassischen Impfviren beobachtbaren Nebenwirkungen hervorzurufen. Das Genom von MVA enthält jedoch noch Immunmodulatoren, deren Deletion Ansatzpunkt für die weitere Verbesserung des Impfstoffes sein kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Deletionsmutante untersucht, bei der das Gen für den Interleukin-1β Rezeptor (IL-1βR) deletiert ist (MVA ΔIL-1βR). Es konnte nachgewiesen werden, dass der IL-1βR in murinen als auch in humanen Zellen exprimiertes IL-1β bindet und somit inaktiviert. Des Weiteren wurde gefunden, dass MVA in der Lage ist, IL-1β in antigenpräsentierenden Zellen zu induzieren, welches aber durch die Neutralisierung aufgrund des IL-1βR nur transient nachzuweisen war. Im Gegensatz dazu induzierte MVA ΔIL-1βR eine anhaltende und um ein Vielfaches erhöhte Sekretion an IL-1β. Untersuchungen in antigenpräsentierenden Zellen aus knock-out Mäusen, die verschiedene Defizienzen in den Signalwegen zur IL-1β-Induktion trugen, zeigten, dass die Sekretion von IL-1β von Caspase-1 abhängig war, welches wahrscheinlich aus der vorgeschalteten Aktivierung der NLRP3- und/oder AIM2-Inflammasomen resultierte. Interessanterweise wurden auch Caspase-1 unabhängige Mechanismen beobachtet, die auf eine Inflammasom-unabhängige IL-1β-Induktion hinweisen könnten. In Bezug auf die Immunaktivierung führte die vermehrte Sekretion von IL-1β durch MVA ΔIL-1βR vermutlich zu einer verbesserten Antigenpräsentation, die die nachfolgende T-Zellantwort beeinflusste. In Übereinstimmung mit bereits veröffentlichten Daten wurde nach Immunisierung mit MVA ΔIL-1βR eine effektivere Gedächtnis-T-Zellantwort festgestellt, deren Charakteristika und zu Grunde liegenden Mechanismen hier untersucht wurden. Jedoch konnten weder Unterschiede in weiteren pro-inflammatorischen Zytokinmustern noch im Verlauf insbesondere der CD8+ T-Zell-Aktivierung und -erhaltung zwischen MVA und MVA ΔIL-1βR beobachtet werden. Als mögliche weitere Ursache für die veränderte Gedächtnis-T-Zellantwort könnte daher eine vermehrte Stimulation durch antigenpräsentierende Zellen und eine IL-21-vermittelte bessere Unterstützungsfunktion der CD8+ Gedächtnis-T-Zellen durch CD4+ T-Zellen in Frage kommen. Zusammenfassend konnten hier neue molekulare Mechanismen, die zur Induktion von IL-1β nach einer MVA-Infektion führen, aufgedeckt werden. Darüber hinaus existieren bereits erste Hinweise auf einen Vorteil der Deletion des IL-1βR für MVA-basierte Vektorimpfstoffe. Die vorliegende Arbeit hat weitere Daten erhoben, die das Erzielen verbesserter Immunantworten nach Immunisierung mit MVA ΔIL-1βR unterstützen, woraus sich neue Ansätze für die Entwicklung MVA-basierter Impfstoffe ergeben könnten.