Use of E. coli OMVs as delivery system to elicit neutralizing antibodies against Chlamydia infectivity: the HtrA protein example

The obligate intracellular pathogen Chlamydia trachomatis is a gram negative bacterium which infects epithelial cells of the reproductive tract. C. trachomatis is the leading cause of bacterial sexually transmitted disease worldwide and a vaccine against this pathogen is highly needed. Many evidences suggest that both antigen specific-Th1 cells and antibodies may be important to provide protection against Chlamydia infection. In a previous study we have identified eight new Chlamydia antigens inducing CD4-Th1 and/or antibody responses that, when combined properly, can protect mice from Chlamydia infection. However, all selected recombinant antigens, upon immunization in mice, elicited antibodies not able to neutralize Chlamydia infectivity in vitro. With the aim to improve the quality of the immune response by inducing effective neutralizing antibodies, we used a novel delivery system based on the unique capacity of E. coli Outer Membrane Vesicles (OMV) to present membrane proteins in their natural composition and conformation. We have expressed Chlamydia antigens, previously identified as vaccine candidates, in the OMV system. Among all OMV preparations, the one expressing HtrA Chlamydia antigen (OMV-HtrA), showed to be the best in terms of yield and quantity of expressed protein, was used to produce mice immune sera to be tested in neutralization assay in vitro. We observed that OMV-HtrA elicited specific antibodies able to neutralize efficiently Chlamydia infection in vitro, indicating that the presentation of the antigens in their natural conformation is crucial to induce an effective immune response. This is one of the first examples in which antibodies directed against a new Chlamydia antigen, other than MOMP (the only so far known antigen inducing neutralizing antibodies), are able to block the Chlamydia infectivity in vitro. Finally, by performing an epitope mapping study, we investigated the specificity of the antibody response induced by the recombinant HtrA and by OMV-HtrA. In particular, we identified some linear epitopes exclusively recognized by antibodies raised with the OMV-HtrA system, detecting in this manner the antigen regions likely responsible of the neutralizing effect.

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.

Induktion regulatorischer T-Zellen zur Inhibition allergenspezifischer Immunantworten im Mausmodell der Typ I-Allergie

Die Induktion regulatorischer T-Zellen (Treg) spielt im Zusammenhang mit der Kontrolle allergenspezifischer Reaktionen, insbesondere auch im Rahmen einer erfolgreichen Hyposensibilisierung mit hohen Allergendosen, eine zentrale Rolle. In der vorliegenden Arbeit wurden die Mechanismen der Rekrutierung allergenspezifischer Treg daher in einem Mausmodell untersucht, in dem analog zur spezifischen Immuntherapie (SIT) die repetitive Verabreichung von hohen Antigendosen einen IgE-spezifischen Suppressionsmechanismus aktiviert, während die Injektion niedriger Antigendosen eine potente IgE-Antwort induziert. Th1-Zellen sowie konventionelle CD4+CD25+ oder CD8+CD28- Treg konnten als Vermittlerpopulationen des suppressiven Effektes in hochdosig immunisierten Mäusen ausgeschlossen werden. Mittels Transferexperimenten wurden erstmals CD4-CD8- doppelt negative Treg als eine die IgE-Suppression vermittelnde Zellpopulation identifiziert. Desweiteren wurden DNA-Transferexperimente durchgeführt, mit dem Ziel, adaptive Treg zum Zwecke der Inhibition allergenspezifischer Immunreaktionen zu induzieren. Dazu wurden IL-10- bzw. TGF-ß-kodierende Plasmide (pCMV-IL-10, pCMV-TGF-ß) hergestellt und in Kombination mit einem Plasmid, welches das Modellallergen ß-Galaktosidase (ßGal) unter der Kontrolle des DC-spezifischen Fascin-Promotors (pFascin-ßGal) kodierte, Mäusen mit der Genpistole appliziert. Die Expression des Modellallergens in Verbindung mit der konstitutiven Produktion von immunsuppressiven Zytokinen sollte bei den mit den transfizierten DC interagierenden antigenspezifischen T-Zellen zu einer verstärkten Differenzierung von Treg führen. Die Experimente zeigten, dass die Koapplikation von IL-10-kodierenden Plasmiden eine Immunsuppression induziert, die sich in einer verminderten antigenspezifischen Antikörperproduktion, Zytokinproduktion und CTL-Induktion zeigt, die jedoch bei nachfolgender Sensibilisierung mit ßGal-Protein nicht aufrechterhalten werden kann. Dahingegen führte die Koapplikation von TGF-ß-kodierenden Plasmiden verbunden mit einer nachfolgenden Sensibilisierung zu einer leichten Inhibition der IgG1- und IgG2a-Produktion verglichen mit der Vakzinierung mit pFascin-ßGal allein. Dieser inhibitorische Effekt von pCMV-TGF-ß wurde interessanterweise nicht bereits nach der DNA-Immunisierung, sondern erst nach Sensibilisierung mit dem Protein beobachtet.

Die Rolle der Ubiquitin-Ligase Smurf2 in T-Lymphozyten bei der Entwicklung von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen

TGF-beta ist ein Schlüsselmolekül zellvermittelter Immuntoleranz. So spielt es neben seiner pleiotropen Rolle in Immunzellen auch bei der Tumorentwicklung eine große Rolle. Das TGF-beta hat bei der Tumorentwicklung eine duale Rolle. So dient es in frühen Phasen als Tumorsuppressor, währenddessen es in späten Phasen der Entwicklung als Tumorpromotor wirkt. Eine strikte Regulation des TGF-beta Signalweges ist daher für ein funktionierendes Immunsystem von essentieller Bedeutung. Die Ubiquitin Ligase Smurf2 ist dabei ein wichtiger negativ Regulator des TGF-beta Signalweges.In der vorliegenden Arbeit konnte eine neue Spleißform des Smurf2 (dE2Smurf2) aus murinen CD4+ T-Zellen isoliert werden, deren Funktion in vitro und in vivo in T-Lymphozyten untersucht worden ist. Für diese Spleißform konnte zudem eine humane Relevanz nachgewiesen werden. Mit Hilfe von Überexpressionen in Cos7 Zellen konnte eine veränderte Lokalisation der Smurf2 Spleißformen (WT und dE2) festgestellt werden. Dabei konnten lysosomale und endosomale Kompartimente bei der Kolokalisation mit dem dE2Smurf2 Konstrukt beobachtet werden. Das Spleißen des Exons2 führte dabei zu Änderungen der Topologie der N-terminalen C2-Domäne, wodurch sich eine veränderte Lokalisation in der Zelle beschreiben ließ. Mit der veränderten intrazellulären Verteilung erfuhr auch die Funktion der dE2Smurf2 Ubiquitin Ligase eine Änderung. So konnte überraschenderweise eine positive Signalinduktion des TGF-beta Signalweges beobachtet werden, was im Gegensatz zum beschriebenen WTSmurf2 stand. Durch eine Überexpression des dE2Smurf2 Proteins in T-Lymphozyten wurde der TGF-beta Signalweg in CD4+ und CD8+ Zellen positiv reguliert, dabei wurde der TGFbetaRII vermehrt exprimiert und gleichzeitig fand eine verstärkte Phosphorylierung der Transkriptionsfaktoren Smad2 und Smad3 nach TGF-beta Stimulation statt. Die transgenen T-Lymphozyten waren somit sensitiver gegenüber TGF-beta. Dies führte zur Hypothese, die durch Western Blot Analyse bestätigt werden konnte, daß das dE2Smurf2 nach Überexpression seine WT-Form bindet und dadurch degradiert. Die Degradation der Ubiquitin Ligase war dabei Smad7 abhängig. Zur Analyse des Einflusses der Ubiquitin Ligase dE2Smurf2 auf die Differenzierung von CD4+ T-Zellen, sowie ihre Rolle bei der T-Zell Proliferation, konnte gezeigt werden, daß durch die höhere Sensitivität gegenüber TGF-beta naive T-Zellen unter Einfluß von TGF-beta und IL6 vermehrt in TH17 Zellen differenzierten. Zudem konnte gezeigt werden, daß die Proliferationsrate transgener naiver CD4+ T-Zellen bei geringen Mengen von TGF-beta starkt vermindert war. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß bei einer Differenzierung der naiven CD4+ T-Zellen in TH1 Zellen, diese signifkant weniger das proinflammatorische Zytokin INFγ produzierten.So zeigten in vivo Versuche, daß die transgenen Tiere in der Entwicklung von Kolorektalen Karzinomen protektiert waren. Sowohl im kolitisassiziierten Tumor Modell als auch bei der spontanen Entwicklung von Tumoren im APCmin Modell. Dies konnte zum einen auf eine deutlich verminderte Entzündung (geringere Produktion an Zytokinen durch verminderte Proliferation) des Darms und zum anderen durch eine stärkere Produktion an zytotoxischen Genen, wie Perforin, INFγ und Granzym B erklärt werden. Interessanterweise konnte jedoch im Transfer Kolitis Modell eher eine proinflammatorische Wirkung des dE2Smurf2 Proteins nachgewiesen werden. So wiesen die immundefizienten Mäuse, in denen die transgenen T-Zellen injiziert wurden, eine signifikant stärkere Kolitis auf als die Kontrollen. Dies konnte mit einer Überproduktion an IL17 sezernierenden T-Zellen erklärt werden. Klonierungsexperimente führten zudem zur Identifikation einer bisher nicht beschriebenen nicht kodierenden RNA. Diese zeigte in Kombination mit dem dE2Smurf2 Protein in einer Reportergen Analyse eine Hyperaktivierung des Smad3 Promotors. Diese Daten liefern zum einen ein genaueres Modell über die Regulation des TGF-beta Signalweges sowie wichtige Erkenntnisse zur Pathophysiologie chronisch entzündlicher Darmerkrankung und daraus resultierende Tumorerkrankungen. So entwickelt sich das dE2Smurf2, Teil des TGF-beta Signalweges, als attraktives Zielprotein für die Modulation von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen und (kolitisassoziierte) Kolonkarzinomen.

Evaluation zellulärer Mechanismen der allergen-spezifischen Immuntherapie in einem chronischen Modell der allergischen Atemwegsentzündung

Klinische Studien haben gezeigt, dass die allergenspezifische Immuntherapie (SIT) eine effektive Therapieoption für allergische Erkrankungen ist. Obwohl dieses Therapieverfahren seit über 100 Jahren existiert, sind die zugrunde liegenden Suppressionsmechanismen jedoch nicht vollständig verstanden. Bisher wird angenommen, dass der Behandlungserfolg der SIT auf einer Blockade durch allergenspezifische Antikörper, einer Verschiebung des Th1-Th2-Gleichgewichtes und/oder auf einer Suppression durch regulatorische T-Zellen (Tregs) basiert. Um die Effekte der SIT in einer chronischen Erkrankung in vivo untersuchen zu können, wurde in dieser Doktorarbeit ein Mausmodell für chronisches Asthma entwickelt, das die Situation im Menschen nach einer SIT nachahmt. rnDurch eine SIT war es möglich, allergeninduzierte Asthmasymptome wie Atemwegshyperreagibilität (AHR), Eosinophilie in der Lunge, IgE-Produktion und Atemwegsentzündung im Modell zu unterdrücken. Bemerkenswert ist, dass durch OVA-spezifische Immuntherapie (OVA-IT) ebenfalls eine Verringerung der strukturellen Veränderungen im Lungengewebe im chronischen Krankheitsverlauf erreicht wurde.rnDes Weiteren wurde in diesem Modell nach den Prozessen gesucht, die für die toleranzinduzierende Wirkung der SIT verantwortlich sein können. Dabei wurde im Vergleich zur Placebo-behandelten Gruppe eine erhöhte Antwort spezifischer IgG1-Antikörper, eine verstärkte Th1-Antwort, sowie eine erhöhte Frequenz von FoxP3+ Tregs und von IL-10-produzierenden T-Zellen (Tr1-Zellen) nach OVA-IT festge-stellt. Zur weiteren Untersuchung der von SIT-induzierten T-Zellantworten wurden Mausmodelle des allergischen Asthmas mit einem akuten Verlauf gewählt.rnDie Bedeutung der Th1-Zellen für die SIT wurde in T-bet-/- Mäusen untersucht, welche aufgrund des Fehlens des Transkriptionsfaktors T-bet keine stabile Th1-Antwort induzieren können. Durch SIT war es möglich, allergeninduzierte Asthmasymptome wie AHR, eosinophile Granulozyten in der Lunge, IgE-Produktion und Atemwegsentzündung in den T-bet-/- Tieren im gleichen Maße wie in den Wildtyptieren zu unterdrücken. Diese Untersuchung zeigte, dass die SIT auch ohne funktionelle Th1-Zellen die allergische Entzündung unterdrücken kann. rnDie Rolle der Tregs für die SIT wurde in DO11.10 Mäusen und DO11.10 RAG-/- Mäusen untersucht. In beiden Stämmen konnte nach SIT eine Induktion OVA-spezifischer Tregs nachgewiesen werden. In DO11.10 RAG-/- Mäusen können durch den Knockout im rag2-Gen keine natürlichen, d.h. im Thymus gereiften, Tregs entstehen. Im Blut von DO11.10 RAG-/- Mäusen war direkt nach Durchführung der OVA-IT eine FoxP3+ Treg-Population detektierbar. Demnach wird durch die OVA-IT eine de-novo-Induktion von FoxP3+ Tregs in Gang gesetzt. In Abwesenheit der natürlichen Tregs zeigte sich weiterhin, dass diese Zellen zur Produktion von IL-10 in T-Zellen und somit zum Erfolg der SIT beitragen.rnDie Rolle der FoxP3+ Tregs bei der SIT wurde in DEREG Mäusen untersucht. Eine Depletion der FoxP3+ Tregs in DEREG Mäusen während der Durchführung der OVA-IT hob die protektiven Effekte der Therapie jedoch nur teilweise auf. rnUm die Rolle des regulatorischen Zytokins IL-10 bei der SIT zu untersuchen, wurde ein blockierender Antikörper gegen den IL-10-Rezeptor (anti-IL-10R) im chronischen Modell des allergischen Asthmas mit SIT angewendet. Anti-IL-10R hob die protektive Wirkung der SIT auf die AHR, die Atemwegsentzündung und die strukturellen Veränderungen im Lungengewebe auf. Somit ist die protektive Wirkung der SIT abhängig vom IL-10-Signalweg.rnZusammenfassend stellt diese Arbeit die Bedeutung der SIT für allergische Erkrankungen heraus. SIT kann durch die positive Beeinflussung der allergiebedingten, strukturellen Veränderungen in der Lunge auch für Asthmapatienten große Vorteile bringen. Die aus Studien bekannten Mechanismen konnten im Modell bestätigt werden und wurden im weiteren Verlauf untersucht. Die Arbeit stellt im Besonderen die Bedeutung der IL-10-produzierenden und FoxP3+ Tregs für die Effektivität der SIT in den Vordergrund. Zudem ist durch die Etablierung eines neuen Mausmodells der SIT für chronisches allergisches Asthma ein Mittel zur weiteren Erforschung der zugrunde liegenden Prozesse dieser erfolgreichen Therapie geschaffen worden. rn

Induktion tolerogener dendritischer Zellen zur Suppression von experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis und Kontaktallergie

Dendritische Zellen (DC) spielen als professionelle antigenpräsentierende Zellen (APC) eine zentrale Rolle in der Aktivierung und Regulierung antigenspezifischer Immunantworten. Aus diesem Grund wird der therapeutische Einsatz von DC zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien sowie zur Tumorbekämpfung erforscht. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit untersuchten wir das Potenzial einer biolistischen DNA-Vakzinierung zur Induktion tolerogener DC in vivo. Im Tiermodell der Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein Peptid 35-55 (MOGp35-55) induzierten experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) sollte mittels präventiver biolistischer Kovakzinierung von Plasmid-DNA kodierend für MOG und die immunregulatorischen Zytokine TGFβ oder IL-10 eine protektive Immunität induziert werden. Die MOG-Expression stand dabei entweder unter der Kontrolle des ubiquitär aktiven CMV-Promotors oder des murinen Fascin-Promotors, um eine ektopische MOG-Expression spezifisch in dermalen DC und Langerhanszellen zu erreichen. Dass MOGp35-55-präsentierende DC nach biolistischer DNA-Vakzinierung von der Haut in die drainierenden Lymphknoten migrieren und dort T-Zellen aktivieren, konnte im Vorfeld anhand einer substanziellen Proliferation von MOGp35-55-reaktiven 2D2 T-Zellen nachgewiesen werden. Im präventiven Ansatz der MOGp35-55-induzierten EAE zeigten Mäuse, die mit MOG-kodierenden Plasmiden biolistisch transfiziert wurden, eine leicht reduzierte EAE-Symptomatik. Die Kotransfektion von MOG und TGFβ führte zu einer Verstärkung der EAE-Suppression – unabhängig davon, ob die MOG-Expression unter der Kontrolle des CMV- oder des Fascin-Promotors stand. Interessanterweise resultierte die Koapplikation von MOG- und IL-10-kodierender Plasmid-DNA nur bei DC-fokussierter MOG-Expression zu reduzierter EAE-Symptomatik. Für biolistische DNA-Vakzinierungen stellt somit der Fascin-Promotor eine potente Alternative zu viralen Promotoren dar. Entsprechend der milderen EAE-Symptome beobachteten wir bei behandelten EAE-Mäusen einen geringeren Grad an Demyelinisierung sowie eine reduzierte Infiltration des ZNS mit IFNγ-produzierenden CD4+ Th1- und IL-17-produzierenden CD4+ Th17-Zellen. Desweiteren zeigten Milzzellen ex vivo nach MOGp35-55-Restimulation eine inhibierte Proliferation und eine signifikant reduzierte IFNγ- und IL-17-Zytokinproduktion. Überraschenderweise ging die antigenspezifische Immunsuppression nicht mit der Expansion von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen einher. Da die Milzen aber erhöhte Mengen an CD8+IFNγ+ T-Zellen aufweisen, könnte ein zytotoxisch-suppressiver Mechanismus für die Inhibition der Th1- und Th17-Immunantwort verantwortlich sein. Nachfolgende Untersuchungen sind notwendig, um die induzierten immunologischen Mechansimen mittels biolistischer DNA-Vakzinierung aufzuklären. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Generierung von tolerogenen DC in vitro. Dafür wurden murine Knochenmarkszellen unter DC-differenzierenden Bedingungen in Gegenwart des synthetischen Glucocorticoids Dexamethason (DEX) kultiviert. Die DEX-Zugabe führte zur Differenzierung von APC mit geringer CD11c-Expression. DEX-APC waren in vitro weitestgehend gegen LPS stimulierungsresistent und zeigten eine reduzierte Expression von MHC-II und den kostimulatorischen Molekülen CD80, CD86 und CD40. Ihrem tolerogenen Phänotyp entsprechend besaßen DEX-APC ein geringeres syngenes T-Zellstimulierungspotenzial als unbehandelte BM-DC. Anhand der erhöhten Oberflächenexpression von CD11b, GR1 und F4/80 besteht eine phänotypische Ähnlichkeit zu myeloiden Suppressorzellen. Die Fähigkeit von DEX-APC in vivo antigenspezifische Toleranz zu induzieren, wurde durch einen therapeutischen Ansatz im murinen Krankheitsmodell der Kontaktallergie überprüft. Die therapeutische Applikation von DEX-APC führte hierbei im Vergleich zur Applikation von PBS oder unbehandelten BM-DC zu einer signifikant reduzierten Ohrschwellungsreaktion. Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse dieser Arbeit, dass potente tolerogene DC sowohl in vivo als auch in vitro induziert werden können. Dass diese Zellpopulation effektiv antigenspezifische Immunreaktionen supprimieren kann, macht sie zu einem vielversprechenden Werkzeug in der Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien.rn

Humoral immunity in tuberculin skin test anergy and its role in high-risk persons exposed to active tuberculosis.

The most common test to identify latent tuberculosis is the tuberculin skin test that detects T cell responses of delayed type hypersensitivity type IV. Since it produces false negative reactions in active tuberculosis or in high-risk persons exposed to tuberculosis patients as shown in this report, we studied antibody profiles to explain the anergy of such responses in high-risk individuals without active infection. Our results showed that humoral immunity against tuberculin, regardless of the result of the tuberculin skin test is important for protection from active tuberculosis and that the presence of high antibody titers is a more reliable indicator of infection latency suggesting that latency can be based on the levels of antibodies together with in vitro proliferation of peripheral blood mononuclear cells in the presence of the purified protein derivative. Importantly, anti-tuberculin IgG antibody levels mediate the anergy described herein, which could also prevent reactivation of disease in high-risk individuals with high antibody titers. Such anti-tuberculin IgG antibodies were also found associated with blocking and/or stimulation of in vitro cultures of PBMC with tuberculin. In this regard, future studies need to establish if immune responses to Mycobacterium tuberculosis can generate a broad spectrum of reactions either toward Th1 responses favoring stimulation by cytokines or by antibodies and those toward diminished responses by Th2 cytokines or blocking by antibodies; possibly involving mechanisms of antibody dependent protection from Mtb by different subclasses of IgG.

Clinical significance of the CCR5delta32 allele in hepatitis C.

BACKGROUND The CCR5 receptor, expressed on Th1 cells, may influence clinical outcomes of HCV infection. We explored a possible link between a CCR5 32-base deletion (CCR5delta32), resulting in the expression of a non-functioning receptor, and clinical outcomes of HCV infection. METHODS CCR5 and HCV-related phenotypes were analysed in 1,290 chronically infected patients and 160 patients with spontaneous clearance. RESULTS Carriage of the CCR5delta32 allele was observed in 11% of spontaneous clearers compared to 17% of chronically infected patients (OR = 0.59, 95% CI interval 0.35-0.99, P = 0.047). Carriage of this allele also tended to be observed more frequently among patients with liver inflammation (19%) compared to those without inflammation (15%, OR = 1.38, 95% CI interval 0.99-1.95, P = 0.06). The CCR5delta32 was not associated with sustained virological response (P = 0.6), fibrosis stage (P = 0.8), or fibrosis progression rate (P = 0.4). CONCLUSIONS The CCR5delta32 allele appears to be associated with a decreased rate of spontaneous HCV eradication, but not with hepatitis progression or response to antiviral therapy.

Efficient T-cell priming and activation requires signaling through prostaglandin E2 (EP) receptors

Understanding the regulation of T-cell responses during inflammation and auto-immunity is fundamental for designing efficient therapeutic strategies against immune diseases. In this regard, prostaglandin E2 (PGE2) is mostly considered a myeloid-derived immunosuppressive molecule. We describe for the first time that T cells secrete PGE2 during T-cell receptor stimulation. In addition, we show that autocrine PGE2 signaling through EP receptors is essential for optimal CD4(+) T-cell activation in vitro and in vivo, and for T helper 1 (Th1) and regulatory T cell differentiation. PGE2 was found to provide additive co-stimulatory signaling through AKT activation. Intravital multiphoton microscopy showed that triggering EP receptors in T cells is also essential for the stability of T cell-dendritic cell (DC) interactions and Th-cell accumulation in draining lymph nodes (LNs) during inflammation. We further demonstrated that blocking EP receptors in T cells during the initial phase of collagen-induced arthritis in mice resulted in a reduction of clinical arthritis. This could be attributable to defective T-cell activation, accompanied by a decline in activated and interferon-γ-producing CD4(+) Th1 cells in draining LNs. In conclusion, we prove that T lymphocytes secret picomolar concentrations of PGE2, which in turn provide additive co-stimulatory signaling, enabling T cells to attain a favorable activation threshold. PGE2 signaling in T cells is also required for maintaining long and stable interactions with DCs within LNs. Blockade of EP receptors in vivo impairs T-cell activation and development of T cell-mediated inflammatory responses. This may have implications in various pathophysiological settings.

Dual role of interleukin-12 on ultraviolet -induced immune suppression

Skin cancer is the most prevalent form of neoplasia, with over one million newcases diagnosed this year. UV radiation is a ubiquitous environmental agent that induces skin cancer. In addition to its carcinogenic effect, UV radiation also suppresses cell-mediated immune responses. This immune suppression is not only observed at the site of irradiation, but UV radiation also induces systemic immune suppression. Since UV radiation has a limited ability to penetrate the skin, the question of the mechanism of this systemic immune suppression arises. A number of studies have suggested that UV radiation induce systemic effects through the production of immunoregulatory cytokines, such as IL-4 and IL-10. These cytokines affect the immune response by altering systemic antigen presentation, specifically by suppressing the activation of Th1 cells while allowing the activation of Th2 cells. Because IL-12 is an important regulator of Th1 cell activation, we tested the hypothesis that administration of IL-12 could overcome UV-induced immune suppression. ^ The studies presented here are divided into dime specific aims. In the first specific aim, the ability of IL-12 to overcome UV-induced immune suppression was examined. IL-12 could overcome UV-induced immune suppression as well as prevent the generation of and neutralize the activity of preformed suppressor cells induced by UV radiation. In the second specific aim, the mechanism by which IL-12 overcomes UV-induced immune suppression was examined. IL-12 overcame UV-induced immune suppression by blocking the production of immunoregulatory cytokines such as IL-4, IL-10 and TNF-α. In the third specific aim, the effect of UV radiation on antigen presentation was investigated. UV radiation was found to decrease the production of biologically active IL-12. In addition, UV also increased the production of IL-12p40 homodimer, an antagonist of IL-12p70 heterodimer. This result suggests that IL-12 may have a dual role in the immune suppression induced by, UV radiation. On one hand the biologically active IL-12p70 heterodimer blocks UV-induced immune suppression. In contrast, IL-12p40 homodimer may mediate the suppressive effect of UV radiation. This paradox indicates that IL-12 may have a greater regulatory role in the immune response than was previously suspected. ^

Inhibition of NF-AT-dependent transcription by NF-kappa B: implications for differential gene expression in T helper cell subsets.

Activation of individual CD4+ T cells results in differential lymphokine expression: interleukin 2 (IL-2) is preferentially produced by T helper type 1 (TH1) cells, which are involved in cell-mediated immune responses, whereas IL-4 is synthesized by TH2 cells, which are essential for humoral immunity. The Ca(2+)-dependent factor NF-ATp plays a key role in the inducible transcription of both these lymphokine genes. However, while IL2 expression requires the contribution of Ca(2+)- and protein kinase C-dependent signals, we report that activation of human IL4 transcription through the Ca(2+)-dependent pathway is diminished by protein kinase C stimulation in Jurkat T cells. This phenomenon is due to mutually exclusive binding of NF-ATp and NF-kappa B to the P sequence, an element located 69 bp upstream of the IL4 transcription initiation site. Human IL4 promoter-mediated transcription is downregulated in Jurkat cells stimulated with the NF-kappa B-activating cytokine tumor necrosis factor alpha and suppressed in RelA-overexpressing cells. In contrast, protein kinase C stimulation or RelA overexpression does not affect the activity of a human IL4 promoter containing a mouse P sequence, which is a higher-affinity site for NF-ATp and a lower-affinity site for RelA. Thus, competition between two general transcriptional activators, RelA and NF-ATp, mediates the inhibitory effect of protein kinase C stimulation on IL4 expression and may contribute to differential gene expression in TH cells.

Removal of the N-linked glycan structure from the peanut peroxidase prxPNC2: Influence on protein stability and activity

Lines of transgenic tobacco have been generated that are transformed with either the wild-type peanut peroxidase prxPNC2 cDNA, driven by the CaMV3 5S promoter (designated 35S::prxPNC2-WT) or a mutated PNC2 cDNA in which the asparagine residue (Asn(189)) associated with the point of glycan attachment (Asn(189)) has been replaced with alanine (designated 35S::prxPNC2-M). PCR, using genomic DNA as template, has confirmed the integration of the 35S::prxPNC2-WT and 35::prxPNC2-M constructs into the tobacco genome, and western analysis using anti-PNC2 antibodies has revealed that the prxPNC2-WT protein product (PNC2-WT) accumulates with a molecular mass of 34,670 Da, while the prxPNC2-M protein product (PNC2-M) accumulates with a molecular mass of 32,600 Da. Activity assays have shown that both PNC2-WT and PNC2-M proteins accumulate preferentially in the ionically-bound cell wall fraction, with a significantly higher relative accumulation of the PNC2-WT isoenzyme in the ionically-bound fraction when compared with the PNC2-M isoform. Kinetic analysis of the partially purified PNC2-WT isozyme revealed an affinity constant (apparent K-m) of 11.2 mM for the reductor substrate guaiacol and 1.29 mM for H2O2, while values of 11.9 mM and 1.12 mM were determined for the PNC2-M isozyme. A higher Arrenhius activation energy (E,,) was determined for the PNC2-M isozyme (22.9 kJ mol(-1)), when compared with the PNC2-WT isozyme (17.6 kJ mol(-1)), and enzyme assays have determined that the absence of the glycan influences the thermostability of the PNC2-M isozyme. These results are discussed with respect to the proposed roles of N-linked glycans attached to plant peroxidases. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The Glycosylated Rv1860 Protein of Mycobacterium tuberculosis Inhibits Dendritic Cell Mediated TH1 and TH17 Polarization of T Cells and Abrogates Protective Immunity Conferred by BCG

We previously reported interferon gamma secretion by human CD4(+) and CD8(+) T cells in response to recombinant E. coli-expressed Rv1860 protein of Mycobacterium tuberculosis (MTB) as well as protection of guinea pigs against a challenge with virulent MTB following prime-boost immunization with DNA vaccine and poxvirus expressing Rv1860. In contrast, a Statens Serum Institute Mycobacterium bovis BCG (BCG-SSI) recombinant expressing MTB Rv1860 (BCG-TB1860) showed loss of protective ability compared to the parent BCG strain expressing the control GFP protein (BCG-GFP). Since Rv1860 is a secreted mannosylated protein of MTB and BCG, we investigated the effect of BCG-TB1860 on innate immunity. Relative to BCG-GFP, BCG-TB1860 effected a significant near total reduction both in secretion of cytokines IL-2, IL-12p40, IL-12p70, TNF-alpha, IL-6 and IL-10, and up regulation of co-stimulatory molecules MHC-II, CD40, CD54, CD80 and CD86 by infected bone marrow derived dendritic cells (BMDC), while leaving secreted levels of TGF-beta unchanged. These effects were mimicked by BCG-TB1860His which carried a 6-Histidine tag at the C-terminus of Rv1860, killed sonicated preparations of BCG-TB1860 and purified H37Rv-derived Rv1860 glycoprotein added to BCG-GFP, but not by E. coli-expressed recombinant Rv1860. Most importantly, BMDC exposed to BCG-TB1860 failed to polarize allogeneic as well as syngeneic T cells to secrete IFN-gamma and IL-17 relative to BCG-GFP. Splenocytes from mice infected with BCG-SSI showed significantly less proliferation and secretion of IL-2, IFN-gamma and IL-17, but secreted higher levels of IL-10 in response to in vitro restimulation with BCG-TB1860 compared to BCG-GFP. Spleens from mice infected with BCG-TB1860 also harboured significantly fewer DC expressing MHC-II, IL-12, IL-2 and TNF-alpha compared to mice infected with BCG-GFP. Glycoproteins of MTB, through their deleterious effects on DC may thus contribute to suppress the generation of a TH1- and TH17-dominated adaptive immune response that is vital for protection against tuberculosis.

Neuropeptides, by direct interaction with T cells, induce cytokine secretion and break the commitment to a distinct T helper phenotype

Searching for nervous system candidates that could directly induce T cell cytokine secretion, I tested four neuropeptides (NPs): somatostatin, calcitonin gene-related peptide, neuropeptide Y, and substance P. Comparing neuropeptide-driven versus classical antigen-driven cytokine secretion from T helper cells Th0, Th1, and Th2 autoimmune-related T cell populations, I show that the tested NPs, in the absence of any additional factors, directly induce a marked secretion of cytokines [interleukin 2 (IL-2), interferon-γ, IL-4, and IL-10) from T cells. Furthermore, NPs drive distinct Th1 and Th2 populations to a “forbidden” cytokine secretion: secretion of Th2 cytokines from a Th1 T cell line and vice versa. Such a phenomenon cannot be induced by classical antigenic stimulation. My study suggests that the nervous system, through NPs interacting with their specific T cell-expressed receptors, can lead to the secretion of both typical and atypical cytokines, to the breakdown of the commitment to a distinct Th phenotype, and a potentially altered function and destiny of T cells in vivo.

Human proximal tubule epithelial cells modulate autologous dendritic cell function

Background We have previously demonstrated that human kidney proximal tubule epithelial cells (PTEC) are able to modulate autologous T and B lymphocyte responses. It is well established that dendritic cells (DC) are responsible for the initiation and direction of adaptive immune responses and that these cells occur in the renal interstitium in close apposition to PTEC under inflammatory disease settings. However, there is no information regarding the interaction of PTEC with DC in an autologous human context. Methods Human monocytes were differentiated into monocyte-derived DC (MoDC) in the absence or presence of primary autologous activated PTEC and matured with polyinosinic:polycytidylic acid [poly(I:C)], while purified, pre-formed myeloid blood DC (CD1c+ BDC) were cultured with autologous activated PTEC in the absence or presence of poly(I:C) stimulation. DC responses were monitored by surface antigen expression, cytokine secretion, antigen uptake capacity and allogeneic T-cell-stimulatory ability. Results The presence of autologous activated PTEC inhibited the differentiation of monocytes to MoDC. Furthermore, MoDC differentiated in the presence of PTEC displayed an immature surface phenotype, efficient phagocytic capacity and, upon poly(I:C) stimulation, secreted low levels of pro-inflammatory cytokine interleukin (IL)-12p70, high levels of anti-inflammatory cytokine IL-10 and induced weak Th1 responses. Similarly, pre-formed CD1c+ BDC matured in the presence of PTEC exhibited an immature tolerogenic surface phenotype, strong endocytic and phagocytic ability and stimulated significantly attenuated T-cell proliferative responses. Conclusions Our data suggest that activated PTEC regulate human autologous immunity via complex interactions with DC. The ability of PTEC to modulate autologous DC function has important implications for the dampening of pro-inflammatory immune responses within the tubulointerstitium in renal injuries. Further dissection of the mechanisms of PTEC modulation of autologous immune responses may offer targets for therapeutic intervention in renal medicine.