Modulation of Lung Allergic Response by Renal Ischemia and Reperfusion Injury

The Th1/Th2 balance represents an important factor in the pathogenesis of renal ischemia-reperfusion injury (IRI). In addition, IRI causes a systemic inflammation that can affect other tissues, such as the lungs. To investigate the ability of renal IRI to modulate pulmonary function in a specific model of allergic inflammation, C57Bl/6 mice were immunized with ovalbumin/albumen on days 0 and 7 and challenged with an ovalbumin (OA) aerosol on days 14 and 21. After 24 h of the second antigen challenge, the animals were subjected to 45 minutes of ischemia. After 24 h of reperfusion, the bronchoalveolar lavage (BAL) fluid, blood and lung tissue were collected for analysis. Serum creatinine levels increased in both allergic and non-immunized animals subjected to IRI. However, BAL analysis showed a reduction in the total cells (46%) and neutrophils (58%) compared with control allergic animals not submitted to IRI. In addition, OA challenge induced the phosphorylation of ERK and Akt and the expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2) in lung homogenates. After renal IRI, the phosphorylation of ERK and expression of COX-2 and iNOS were markedly reduced; however, there was no difference in the phosphorylation of Akt between sham and ischemic OA-challenged animals. Mucus production was also reduced in allergic mice after renal IRI. IL-4, IL-5 and IL-13 were markedly down-regulated in immunized/challenged mice subjected to IRI. These results suggest that renal IRI can modulate lung allergic inflammation, probably by altering the Th1/Th2 balance and, at least in part, by changing cellular signal transduction factors. Copyright (C) 2012 S. Karger AG, Basel

Conjugation of Toll Like Receptor 7 agonist through conjugation to immunogenic proteins. Synthesis, characterization, formulation and pre-clinical evaluation

The next generation of vaccine adjuvant are represented by a wide ranging set of molecules called Toll like agonists (TLR’s). Although many of these molecules are complex structures extracted from microorganisms, small molecule TLR agonists have also been identified. However, delivery systems have not been optimized to allow their effective delivery in conjunction with antigens. Here we describe a novel approach in which a small molecule TLR agonist has been conjugated directly to antigens to ensure effective co delivery. We describe the conjugation of a relevant protein, a recombinant protective antigen from S.pneumoniae (RrgB), which is linked to a TLR7 agonist. Following thorough characterization to ensure there was no aggregation, the conjugate was evaluated in a murine infection model. Results showed that the conjugate extended animals’ survival after lethal challenge with S.pneumoniae. Comparable results were obtained with a 10 fold lower dose than that of the native unconjugated antigen. Notably, the animals immunized with the same dose of unconjugated TLR7 agonist and antigen showed no adjuvant effect. The increased immunogenicity was likely a consequence of the co-localization of TLR7 agonist and antigen by chemical binding and is was more effective than simple co-administration. Likely, this approach can be adopted to reduce the dose of antigen required to induce protective immunity, and potentially increase the safety of a broad variety of vaccine candidates

Characterization of the Staphylococcus aureus bone sialoprotein-binding protein SdrE and the serine protease EpiP

In an attempt to develop a Staphylococcus aureus vaccine, we have applied reverse vaccinology approach, mainly based on in silico screening and proteomics. By using this approach SdrE, a protein belonging to serine-aspartate repeat protein family was identified as potential vaccine antigen against S. aureus. We have investigated the biochemical properties as well as the vaccine potential of SdrE and its highly conserved CnaBE3 domain. We found the protein SdrE to be resistant to trypsin. Further analysis of the resistant fragment revealed that it comprises a CnaBE3 domain, which also showed partial trypsin resistant behavior. Furthermore, intact mass spectrometry of rCnaBE3 suggested the possible presence of isopeptide bond or some other post-translational modification in the protein.However, this observation needs further investigation. Differential Scanning Fluorimetry study reveals that calcium play role in protein folding and provides stability to SdrE. At the end we have demonstrated that SdrE is immunogenic against clinical strain of S. aureus in murine abscess model. In the second part, I characterized a protein, annotated as epidermin leader peptide processing serine protease (EpiP), as a novel S. aureus vaccine candidate. The crystal structure of the rEpiP was solved at 2.05 Å resolution by x-ray crystallography . The structure showed that rEpiP was cleaved somewhere between residues 95 and 100 and cleavage occurs through an autocatalytic intra-molecular mechanism. In addition, the protein expressed by S. aureus cells also appeared to undergo a similar processing event. To determine if the protein acts as a serine protease, we mutated the catalytic serine 393 residue to alanine, generating rEpiP-S393A and solved its crystal structure at a resolution of 1.95 Å. rEpiP-S393A was impaired in its protease activity, as expected. Protective efficacy of rEpiP and the non-cleaving mutant protein was comparable, implying that the two forms are interchangeable for vaccination purposes.

Rolle des endothelialen kontraktilen Apparates bei der Entstehung eines Hirnödems nach Schädelhirntrauma und Subarachnoidalblutung

Zerebrale Erkrankungen, wie Schädelhirntrauma (SHT) und Subarachnoidalblutung (SAB) sind mit einer hohen Morbidität und Mortalität vergesellschaftet und stellen eine ernsthafte medizinische und ökonomische Herausforderung dar. Grundlage für die Entwicklung neuer effektiver Therapieansätze ist das Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen dieser Krankheiten. Das Entstehen eines vasogenen Hirnödems ist eine schwere Komplikation nach SHT und SAB und beruht u.a. auf einem Öffnen der Bluthirnschranke (BHS). Ein möglicher zu Grunde liegender Mechanismus könnte die Aktivierung der Myosin-leichte-Kette-Kinase (MLCK) sein, was man therapeutisch unterbinden könnte.rnIn der vorliegenden Studie wurde in zwei unterschiedlichen experimentellen, zerebralen Schadensmodellen der Einfluss des kontraktilen Apparates auf die BHS Störung untersucht. In dem Schadensmodell des SHT sind die Hauptergebnisse: 1.) die Myosin-leichte-Kette-Kinase (MLCK) wird durch das induzierte Schädelhirntrauma hochreguliert. 2.) eine pharmakologische MLCK Inhibition stabilisiert die BHS, senkt den ICP und das Hirnödem nach experimentellen SHT. 3.) die MLCK Inhibition führte nicht zu einer Verbesserung des Hirnschadens, der neurologischen Funktion oder der zerebralen Inflammation 24 Stunden nach SHT, obwohl angenommen wird, dass die Entstehung eines Hirnödems den sekundären Hirnschaden vergrößert. In einer weitern Studie wurde untersucht, durch welchen Signalweg dieser zugrunde liegende Mechanismus aktiviert wird. In einem in-vitro BHS Model konnte gezeigt werden, dass C-reaktives Protein (CRP) über die Bindung an Fcγ-Rezeptoren den kontraktilen Apparat aktiviert und somit zu einem Öffnen der BHS führt. Obwohl der CRP Plasmaspiegel nach experimentellen SHT ansteigt, kommt es nicht zu einer Verringerungrndes Hirnwassergehaltes in FcγR-/- Mäusen. Die Entstehung des vasogenen Hirnödems wird im murinen CCI Model somit nicht über den Fcγ-Rezeptor vermittelt. Die in-vitro gezeigte Fcγ vermittelte Öffnung der BHS konnte in-vivo in dieser Studie nicht reproduziert werden. Mit der vorliegenden Studie kann nicht ausgeschlossen werden, dass CRP über einen Fcγ unabhängigen Mechanismus eine Öffnung der BHS vermittelt. Jedoch deuten die Daten daraufhin, das CRP im murinen CCI Model eine untergeordnete Rolle spielt. Die FcγR-/- Mäuse zeigten allerdings ein deutlich reduziertes Kontusionsvolumen und eine reduzierte Mikroglia Aktivierung, was darauf hindeutet, dass FcγR eine wesentliche Rolle bei der zerebralen Inflammation spielen.rnIn dem Schadensmodell der experimentellen SAB konnte gezeigt werden, dass die Inhibition der MLCK die Folgen einer SAB mindert. Sie führt zu einer Senkung des Hirnödems, des intrakraniellen Drucks und Verbesserung der neurologischen Erholung nach experimenteller SAB. Die Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass die MLCK einer der Endpunkteffektor für verschiedene Mechanismen ist, welche die endotheliale Permeabilität sowohl nach SHT als auch nach SAB erhöhen.rnZusammenfassend lässt sich feststellen, dass in beiden zerebralen experimentellen Insulten die MLCK eine wichtige Rolle beim BHS Versagen spielt. Die Daten tragen dazu bei, den zugrundeliegenden Mechanismus der BHS Öffnung, der durch eine Aktivierung der MLCK hervorgerufen werden könnte, besser zu verstehen. Dies könnte zu Entwicklung neuer Medikamente für eine Therapie des zerebralen Hirnödems führen.

Untersuchungen zu Migration, Homing und Effektor-Funktionen humaner T-Lymphozyten in NOD.Cg-Prkdc scid Il2r gtm1Wjl, SzJ-Mäusen im Rahmen der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation

Die akute myeloische Leukämie (AML) zählt zu den aggressivsten neoplastischen Erkrankungenrnder Hämatopoese. Die Mehrheit der Patienten mit AML erreicht nach Induktions-rnChemotherapie den Zustand der kompletten Remission, jedoch erleiden mehr als die Hälfterndieser Patienten anschließend einen Rückfall und versterben an den Folgen der Erkrankungrn[1]. Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation (engl.: hematopoietic stem cellrntransplantation, HSCT) stellt die einzig putativ kurative Behandlungsform für rezidierendernPatienten und solche mit schlechter Prognose dar. Jedoch birgt diese Form der Therapiernauch eine Vielzahl an Risiken. Insbesondere das Auftreten einer akuten Transplantat-gegen-rnWirt-Erkrankung (engl.: graft-versus-host disease, GvHD) stellt die Hauptursache für transplantationsassoziierternMortalität und Morbidität dar [2]. Die Depletion von alloreaktiven zytotoxischenrnT Lymphozyten (CTL) aus dem Transplantat ermöglicht zwar die Prävention derrnEntstehung einer GvH-Erkrankung, jedoch häufig unter gleichzeitigem Verlust des förderlichen,rnanti-leukämischen Transplantat-gegen-Leukämie-Effekts (engl.: graft-versus-leukemia,rnGvL) [3]. Um den GvL-Effekt unter Vermeidung einer GvH-Erkrankung zu erhalten, bietetrnsich der gezielte adoptive Transfer von Leukämie-spezifischen, nicht alloreaktiven CTL alsrnattraktive Strategie der Immuntherapie für AML-Patienten nach allogener HSCT an. In derrnvorliegenden Arbeit konnte erfolgreich ein prä-klinisches murines AML-Modell unter Einsatzrndes stark immundefizienten NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ- (NSG-) Mausstamms und primärenrnAML-Blasten durch die Optimierung bereits publizierter Protokolle etabliert werden.rnBei zehn von 17 transplantierten primären AML-Proben konnte ein erfolgreiches Engraftmentrnder humanen Zellen und eine Rekonstitution der humanen Neoplasie in den NSG-Mäusenrnerzielt werden. Die Engraftment-Rate betrug somit 58,82% und lag etwas unter dem aus derrnLiteratur bekannten Wert von 65-70% [4, 5]. Es ließen sich gut, intermediär und schlecht anwachsendernAML-Proben anhand der Engraftment-Stärke und -Reproduzierbarkeit voneinanderrnunterscheiden. Anhand der Analyse von für das Engraftment kritischer Parameter konnternein Zusammenhang zwischen Engraftment-Rate in der Maus und Flt3-Mutationsstatus sowiernFAB-Klassifikation des Patienten hergestellt und somit Angaben aus der Literatur bestätigtrnwerden. Für zwei Patienten-spezifische AML-Modelle, MZ580 und MZ308, konnten in vitrornerfolgreich AML-reaktive, über einzelne bzw. duale HLA-Diskrepanzen restringierte CTLPopulationenrngeneriert und über einen Zeitraum von bis zu 70 Tagen expandiert werden.rnDeren adoptiver Transfer in zuvor mit humanen AML-Blasten inokulierte NSG-Mäuse führternzu einer nahezu vollständigen Eradikation der AML-Blasten und Remission der Versuchstiere.rnAnhand unterschiedlich langer in vitro Kultur-Zeiträume konnte ein für die in vivo ausgeübtenrnEffektor-Funktionen optimaler Reifungszustand der CTL-Populationen von maximalrn28 Tagen bestimmt werden. Die kinetische Analyse der lytischen Aktivität in vivo deutete auf eine relativ schnelle Ausübung der Effektor-Funktionen durch die CTL-Populationen innerhalbrnvon zwei bis 24 Stunden nach adoptivem Transfer hin. Durch die Verwendung von inrnvitro generierten EBV-reaktiven CTL aus einem irrelevanten Spender konnte zudem die Spezifitätrnder in vivo ausgeübten Effektor-Funktionen nachgewiesen werden. Die ex vivo Re-rnIsolation adoptiv transferierter CTL und deren in vitro Analyse in einem IFNγ ELISpot wiesrneine konstante Reaktivität der Zellen ohne Induktion einer Xeno-Reaktivität nach. Die zurrnVerbesserung der Persistenz humaner CTL-Populationen eingesetzten autologen CD4+ TrnZellen zeigten nur im AML MZ308-System eine positive Wirkung. Generell konnte die Persistenzrnin vivo jedoch trotz initialer Substitution mit den Zytokinen IL-2 und IL-7 nicht über einenrnZeitraum von sieben Tagen hinaus aufrechterhalten werden.rnZur Untersuchung des Extravasations-Mechanismus humaner T Zellen über murines Endothelrnwurden sowohl Flusskammer- als auch Transwell-Studien durchgeführt, um die molekularenrnGrundlagen des Adhäsions- und Transmigrationsprozesses aufzuklären. Durch denrnparallelen Einsatz humaner und muriner T Zellen auf murinen Endothelzellen unter Zusatzrnfunktionsblockierender monoklonaler Antikörper konnte gezeigt werden, dass derrnExtravasations-Mechanismus beider Spezies auf Interaktionen homologer Adhäsionsmolekül-rnPaare, nämlich VLA-4–VCAM-1 und LFA-1–ICAM-1, beruht. Für einzelne Moleküle konntenrnin Abhängigkeit der eingesetzten Endothelzellen Unterschiede in der Funktionalität zwischenrnden Spezies identifiziert werden. Der Adhäsionsprozess war durch die Blockade derrnVLA-4–VCAM-1-Interaktion stärker inhibierbar als durch die Blockade von LFA-1–ICAM-1.rnDie Transmigration hingegen war durch die Blockade beider Adhäsionsmolekül-Paare vergleichbarrnstark inhibierbar.

Biomimetic Scaffolds for the Controlled Release of Bioactive Molecules for Tissue Engineering Applications

The temporospatial controlled delivery of growth factors is crucial to trigger the desired healing mechanisms in target tissues. The uncontrolled release of growth factors has been demonstrated to cause severe side effects in its surrounding tissues. Thus, the first working hypothesis was to tune and optimize a newly developed multiscale delivery platform based on a nanostructured silicon particle core (pSi) and a poly (dl-lactide-co-glycolide) acid (PLGA) outer shell. In a murine subcutaneous model, the platform was demonstrated to be fully tunable for the temporal and spatial control release of the payload. Secondly, a multiscale approach was followed in a multicompartment collagen scaffold, to selectively integrate different sets of PLGA-pSi loaded with different reporter proteins. The spatial confinement of the microspheres allowed the release of the reporter proteins in each of the layers of the scaffold. Finally, the staged and zero-order release kinetics enabled the temporal biochemical patterning of the scaffold. The last step of this PhD project was to test if by fully embedding PLGA microspheres in a highly structured and fibrous collagen-based scaffold (camouflaging), it was possible to prevent their early detection and clearance by macrophages. It was further studied whether such a camouflaging strategy was efficient in reducing the production of key inflammatory molecules, while preserving the release kinetics of the payload of the PLGA microspheres. Results demonstrated that the camouflaging allowed for a 10-fold decrease in the number of PLGA microspheres internalized by macrophages, suggesting that the 3D scaffold operated by cloaking the PLGA microspheres. When the production of key inflammatory cytokines induced by the scaffold was assessed, macrophages' response to the PLGA microspheres-integrated scaffolds resulted in a response similar to that observed in the control (not functionalized scaffold) and the release kinetic of a reporter protein was preserved.

Die Bedeutung von KSRP für die pro-inflammatorische Genexpression in Autoimmunerkrankungen - Einfluss des Naturstoffes Resveratrol auf KSRP-vermittelte Regulationsmechanismen

Die Pathogenese chronisch inflammatorischer Erkrankungen ist von einer Dysregulation der pro-inflammatorischen Genexpression geprägt. Dieser liegen wahrscheinlich pathologische Veränderungen der Aktivität von verschiedenen Transkriptionsfaktoren und RNA-bindenden Proteinen zugrunde. In dieser Arbeit konnte die Regulation der KSRP-Expression in einem murinen Modell der rheumatoiden Arthritis (RA) nachgewiesen werden. In humanen Chondrozyten führte eine erhöhte KSRP-Expression zu einer Reduktion der Expression von bekannten KSRP-Zielgenen. Der Vergleich von verschiedenden Microarray-Analysen aus den verwendeten humanen und murinen Modellen der RA führte zur Identifikation von pro-inflammatorischen und pro-angiogenetischen Faktoren (SPARC, MMP2, MMP3, PLA2G2D, GZMA, HPSE, TNMD und IL-18-R), die in der RA eine Rolle spielen und höchstwahrscheinlich durch eine erhöhte KSRP-Expression reguliert werden. Daher könnte eine Modulation der KSRP-Expression bei der Therapie von Autoimmunerkrankungen von Bedeutung sein. In diesem Zusammenhang ist die Detektion der Bindung des cardioprotektiven und anti-inflammatorisch wirkenden Naturstoffs Resveratrol an KSRP zu nennen. Diese spezifische Interaktion führte zu einer Reduktion der p38-MAPK-vermittelten Thr-Phosphorylierung des KSRP-Proteins (in situ und in vivo), was eine Aktivierung der KSRP-vermittelten Mechanismen zur Folge hatte. Somit konnte in situ die mRNA-Stabilität der iNOS reduziert und die miR-155-Expression erhöht werden. Im murinen Atherosklerosemodell führte die Behandlung mit Resveratrol zu einer verringerten Expression bekannter KSRP-Ziel-mRNAs. rnNeben diesem post-translationalen Regulationsmechanismus von KSRP durch Resveratrol konnte die Modulation der KSRP-Expression auf transkriptioneller Ebene durch KSRP selbst gezeigt werden. Dies geschieht möglicherweise über die Bindung von KSRP an das FUSE-analoge Element innerhalb des KSRP-Promotors, welches eine positive Autoregulation der KSRP-Expression bewirkt. Bei der Analyse der post-transkriptionellen Regulation der KSRP-Expression interagierten die mRNA-bindenden Proteine HuR, PABP und die AUF-1-Isoformen p40, p42 und p45 in vitro mit der KSRP-3’UTR. Dabei konnte in Expressionsanalysen nachgewiesen werden, dass die KSRP-mRNA durch PABP positiv und durch p42 negativ reguliert wird.rnZusammenfassend ist zu sagen, dass die KSRP-Expression neben post-translationalen Mechanismen auch auf transkriptioneller und post-transkriptioneller Ebene moduliert wird. Zusätzlich wurde eine Regulation der KSRP-Expression innerhalb entzündlicher Erkrankungen nachgewiesen, die Bedeutung dieser Modulation für die pro-inflammatorischen Genexpression diskutiert und ein möglicher therapeutischer Angriffspunkt durch Resveratrol identifiziert.

Analyse der Wirkung des Naturstoffes Oxacyclododecindion in einem chronisch-inflammatorischen Krankheitsmodell

Die medikamentöse Standardtherapie entzündlich-rheumatischer Erkrankungen wie der rheumatoider Arthritis (RA) und des systemischen Lupus erythematodes (SLE) sind oft unzureichend und erlauben keine nebenwirkungsarme beziehungsweise -freie Behandlung. Daher ist es von großem Interesse für diese Indikationsgebiete, wirkungsvolle Substanzen zu entwickeln, die für eine Langzeittherapie geeignet sind. Naturstoffe wie Oxacyclododecindion (Oxa) können dabei als mögliche Leitstruktur dienen. Oxa wurde bereits in in-vitro Untersuchungen als ein potenter Inhibitor der Expression von proinflammatorischen und profibrotischen Genen identifiziert. rnZiel dieser Arbeit war es in in-vivo Modellen der RA und des SLEs das therapeutische Potential des Naturstoffes Oxa aufzuklären. Da eine Etablierung der Kollagen-induzierten Arthritis im untersuchten murinen RA-Modell, dem HLA-DR4.AE° Stamm, nicht möglich war, wurden die Untersuchungen ausschließlich im MRL Faslpr Mausstamm, einem anerkannten SLE-Modell durchgeführt. MRL Faslpr Mäuse entwickeln wie SLE-Patienten unter anderem eine schwerwiegende Glomerulonephritis. rnIn den Nieren weiblicher MRL Faslpr Mäuse konnte die Oxa-Behandlung die Expression zahlreicher proinflammatorischer Mediatoren beeinflussen, die in Zusammenhang mit der Pathogenese des humanen SLE gebracht werden. So reduziert der Naturstoff die Expression von Zytokinen wie TNFα, IFNγ und IL6 als auch Chemokinen wie CCL2, CSF-1 und RANTES auf mRNA- und Proteinebene. Dabei war die Wirkung von Oxa in den in-vivo Analysen ähnlich gut wie die des potenten Glukokortikoids Dexamethason. Die Reduktion chemotaktischer Moleküle durch die Oxa-Behandlung führte nachweislich zu einer reduzierten Akkumulation von Immunzellen. Die anti-inflammatorischen und immunmodulatorischen Effekte von Oxa waren so ausgeprägt, dass klinisch-pathologische Marker der Glomerulonephritis, wie die Ablagerung von Immunkomplexen, die vermehrte Bildung von Kollagenfasern und die Ausscheidung von Proteinen im Urin gemildert wurden. Weiterführende Untersuchungen im SLE Modell konnten neue Zielmoleküle von Oxa identifizieren, wie KIM1 und zahlreiche SLE-assoziierte microRNAs (miR 19a, 29c und 369). Diese Befunde legen nahe, dass Oxa eine vielversprechende anti-entzündliche und -fibrotische Verbindung darstellt. rnDie Entschlüsselung des Wirkmechanismus von Oxa steht erst am Anfang. Die Analysen im Rahmen dieser Arbeit zeigten jedoch, dass Oxa einen Einfluss auf die Phosphorylierung und somit Aktivierung der p38 MAPK sowie auf die mRNA-Stabilität von proinflammatorischen Zytokinen wie TNFα zu haben scheint.rn

Chronic myelogenous leukemia maintains specific CD8(+) T cells through IL-7 signaling

Chronic myelogenous leukemia (CML) is a malignant myeloproliferative disease of hematopoietic stem cells. The disease progresses after several years from an initial chronic phase to a blast phase. Leukemia-specific T cells are regularly detected in CML patients and may be involved in the immunological control of the disease. Here, we analyzed the role of leukemia-specific CD8(+) T cells in CML disease control and the mechanism that maintains CD8(+) T-cell immunosurveillance in a retroviral-induced murine CML model. To study antigen-specific immune responses, the glycoprotein of the lymphocytic choriomeningitis virus was used as model leukemia antigen. Leukemia-specific CTL activity was detectable in vivo in CML mice and depletion of CD8(+) T cells rapidly led to disease progression. CML-specific CTL were characterized by the expression of the IL-7 receptor -chain. In addition, leukemia cells produced IL-7 that was crucial for the maintenance of leukemia-specific CTL and for disease control. Therefore, CML cells maintain the specific CD8(+) T-cell-mediated immune control by IL-7 secretion. This results in prolonged control of disease and probably contributes to the characteristic chronic phase of the disease.

Hemodynamic effects of thoracic epidural analgesia in ovine hyperdynamic endotoxemia

BACKGROUND AND OBJECTIVES: Thoracic epidural analgesia (TEA) is increasingly used for perioperative analgesia. If patients with TEA develop sepsis or systemic inflammatory response subsequent to extended surgery the question arises if it would be safe to continue TEA with its beneficial effects of improving gastrointestinal perfusion and augmenting tissue oxygenation. A major concern in this regard is hemodynamic instability that might ensue from TEA-induced vasodilation. The objective of the present study was to assess the effects of TEA on systemic and pulmonary hemodynamics in a sepsis model of hyperdynamic endotoxemia. METHODS: After a baseline measurement in healthy sheep (n = 14), Salmonella thyphosa endotoxin was continuously infused at a rate of 10 ngxkg(-1)xmin(-1) over 16 hours. The surviving animals (n = 12) were then randomly assigned to 1 of 2 study groups. In the treatment group (n = 6), continuous TEA was initiated with 0.1 mLxkg(-1) bupivacaine 0.125% and maintained with 0.1 mLxkg(-1)xh(-1). In the control group (n = 6) the same amount of isotonic sodium saline solution was injected at the same rate through the epidural catheter. RESULTS: In both experimental groups cardiac index increased and systemic vascular resistance decreased concurrently (each P < .05). Functional epidural blockade in the TEA group was confirmed by sustained suppression of the cutaneous (or panniculus) reflex. During the observational period of 6 hours neither systemic nor pulmonary circulatory variables were impaired by TEA. CONCLUSIONS: From a hemodynamic point of view, TEA presents as a safe treatment option in sepsis or systemic inflammatory response syndrome.

Programmed death 1 signaling on chronic myeloid leukemia-specific T cells results in T-cell exhaustion and disease progression

Chronic myeloid leukemia (CML) is a malignant myeloproliferative disease with a characteristic chronic phase (cp) of several years before progression to blast crisis (bc). The immune system may contribute to disease control in CML. We analyzed leukemia-specific immune responses in cpCML and bcCML in a retroviral-induced murine CML model. In the presence of cpCML and bcCML expressing the glycoprotein of lymphocytic choriomeningitis virus as a model leukemia antigen, leukemia-specific cytotoxic T lymphocytes (CTLs) became exhausted. They maintained only limited cytotoxic activity, and did not produce interferon-gamma or tumor necrosis factor-alpha or expand after restimulation. CML-specific CTLs were characterized by high expression of programmed death 1 (PD-1), whereas CML cells expressed PD-ligand 1 (PD-L1). Blocking the PD-1/PD-L1 interaction by generating bcCML in PD-1-deficient mice or by repetitive administration of alphaPD-L1 antibody prolonged survival. In addition, we found that PD-1 is up-regulated on CD8(+) T cells from CML patients. Taken together, our results suggest that blocking the PD-1/PD-L1 interaction may restore the function of CML-specific CTLs and may represent a novel therapeutic approach for CML.

Defective homing and impaired induction of cytotoxic T cells by BCR/ABL-expressing dendritic cells

Chronic myelogenous leukemia (CML) is a malignant myeloproliferative disease arising from a hematopoietic stem cell expressing the BCR/ABL fusion protein. Leukemic and dendritic cells (DCs) develop from the same transformed hematopoietic progenitors. How BCR/ABL interferes with the immunoregulatory function of DCs in vivo is unknown. We analyzed the function of BCR/ABL-expressing DCs in a retroviral-induced murine CML model using the glycoprotein of lymphocytic choriomeningitis virus as a model leukemia antigen. BCR/ABL-expressing DCs were found in bone marrow, thymus, spleen, lymph nodes, and blood of CML mice. They were characterized by a low maturation status and induced only limited expansion of naive and memory cytotoxic T lymphocytes (CTLs). In addition, immunization with in vitro-generated BCR/ABL-expressing DCs induced lower frequencies of specific CTLs than immunization with control DCs. BCR/ABL-expressing DCs preferentially homed to the thymus, whereas only few BCR/ABL-expressing DCs reached the spleen. Our results indicate that BCR/ABL-expressing DCs do not efficiently induce CML-specific T-cell responses resulting from low DC maturation and impaired homing to secondary lymphoid organs. In addition, BCR/ABL-expressing DCs in the thymus may contribute to CML-specific tolerance induction of specific CTLs.

Differential effects of intranasal vaccination with recombinant NcPDI in different mouse models of Neospora caninum infection

In this study, mice were vaccinated intranasally with recombinant N. caninum protein disulphide isomerase (NcPDI) emulsified in cholera toxin (CT) or cholera toxin subunit B (CTB) from Vibrio cholerae. The effects of vaccination were assessed in the murine nonpregnant model and the foetal infection model, respectively. In the nonpregnant mice, previous results were confirmed, in that intranasal vaccination with recNcPDI in CT was highly protective, and low cerebral parasite loads were noted upon real-time PCR analysis. Protection was accompanied by an IgG1-biased anti-NcPDI response upon infection and significantly increased expression of Th2 (IL-4/IL-10) and IL-17 transcripts in spleen compared with corresponding values in mice treated with CT only. However, vaccination with recNcPDI in CT did not induce significant protection in dams and their offspring. In the dams, increased splenic Th1 (IFN-γ/IL-12) and Th17 mRNA expressions was detected. No protection was noted in the groups vaccinated with recNcPDI emulsified in CTB. Thus, vaccination with recNcPDI in CT in nonpregnant mice followed by challenge infection induced a protective Th2-biased immune response, while in the pregnant mouse model, the same vaccine formulation resulted in a Th1-biased inflammatory response and failed to protect dams and their progeny.

Cytotoxic T cells induce proliferation of chronic myeloid leukemia stem cells by secreting interferon-γ

Chronic myeloid leukemia (CML) is a clonal myeloproliferative neoplasia arising from the oncogenic break point cluster region/Abelson murine leukemia viral oncogene homolog 1 translocation in hematopoietic stem cells (HSCs), resulting in a leukemia stem cell (LSC). Curing CML depends on the eradication of LSCs. Unfortunately, LSCs are resistant to current treatment strategies. The host’s immune system is thought to contribute to disease control, and several immunotherapy strategies are under investigation. However, the interaction of the immune system with LSCs is poorly defined. In the present study, we use a murine CML model to show that LSCs express major histocompatibility complex (MHC) and co-stimulatory molecules and are recognized and killed by leukemia-specific CD8+ effector CTLs in vitro. In contrast, therapeutic infusions of effector CTLs into CML mice in vivo failed to eradicate LSCs but, paradoxically, increased LSC numbers. LSC proliferation and differentiation was induced by CTL-secreted IFN-γ. Effector CTLs were only able to eliminate LSCs in a situation with minimal leukemia load where CTL-secreted IFN-γ levels were low. In addition, IFN-γ increased proliferation and colony formation of CD34+ stem/progenitor cells from CML patients in vitro. Our study reveals a novel mechanism by which the immune system contributes to leukemia progression and may be important to improve T cell–based immunotherapy against leukemia.

Analyzing the Role of αvβ8 Integrin in Glioma-Induced Angiogenesis

In this study we aimed to determine the functional roles for αvβ8 integrin in astrocytoma-induced angiogenesis. These studies originate from our analyses of αvβ8 integrin in developmental brain angiogenesis. αv and β8 knockout (KO) mice develop brain-specific vascular phenotypes that resemble vascular pathologies observed in the malignant astrocytoma, glioblastoma multiforme (GBM). Indeed, a murine xenograft model of astrocytoma suggested a role for the integrin in glioma-induced angiogenesis. Primary mouse astroglia were cultured from wild type (WT) and β8 KO neonates and were immortalized (HPV:E6/E7) and transformed (HRas:G12V). WT and β8 KO transformed astroglia were intracranially injected into athymic mice. WT tumors displayed pathological features of grade III astrocytomas, whereas β8 KO tumors resembled grade IV GBMs. KO tumors contained widespread edema and hemorrhage as well as pathological angiogenesis, as assessed by quantitation of microvascular density and blood vessel morphology. Additionally, exogenous expression of β8 integrin in β8 KO transformed astroglia resolved the pathologies observed in KO tumors giving further credence to the idea that loss of αvβ8 integrin expression correlates with tumorigenic potential of oncogene-transformed astroglia. To compliment our mouse model, several established human glioma cell lines were characterized for expression of αvβ8 integrin protein. Some of the cell lines displayed low expression of αvβ8 integrin, whereas others showed high levels, as compared to non-malignant human astrocytes. Intracranial implantation of high and low β8 integrin-expressing human glioma cell lines resulted in tumors exhibiting similar phenotypes to those observed in the mouse model; low expressers were marked by vascular pathologies indicative of β8 KO mouse tumors. Upon overexpression of β8 integrin in a low β8 integrin-expressing human glioma cell line, angiogenic pathologies were largely resolved. Moreover, intracranially injected αvHI- and αvLO-sorted GBM stem cells (GSCs) resulted in significantly different tumor sizes, where those GSCs endogenously expressing low levels of αv integrin formed two to three fold larger tumors. Furthermore, lentiviral knockdown of β8 integrin in transformed human astrocytes formed tumors that strikingly recapitulated the characteristics of the murine β8-/- tumors, exhibiting a significant increase in microvascular density leading to decreased overall survival. A paracrine mechanism was discovered involving endothelial cell homeostatic control governed by canonical TGFβ signaling initiated by αvβ8 integrin’s role in the latent cytokine’s activation. Diminished TGFβ signaling in tumor-associated endothelial cells promoted increased angiogenesis and decreased overall survival as a result of αvβ8 integrin’s loss on the tumor cell. Collectively, these data suggest an important functional role for αvβ8 integrin in glioma angiogenesis.