Vaccine glycoproteins tagged with the human Fc domain as second generation vaccine candidates

Traditional vaccines such as inactivated or live attenuated vaccines, are gradually giving way to more biochemically defined vaccines that are most often based on a recombinant antigen known to possess neutralizing epitopes. Such vaccines can offer improvements in speed, safety and manufacturing process but an inevitable consequence of their high degree of purification is that immunogenicity is reduced through the lack of the innate triggering molecules present in more complex preparations. Targeting recombinant vaccines to antigen presenting cells (APCs) such as dendritic cells however can improve immunogenicity by ensuring that antigen processing is as efficient as possible. Immune complexes, one of a number of routes of APC targeting, are mimicked by a recombinant approach, crystallizable fragment (Fc) fusion proteins, in which the target immunogen is linked directly to an antibody effector domain capable of interaction with receptors, FcR, on the APC cell surface. A number of virus Fc fusion proteins have been expressed in insect cells using the baculovirus expression system and shown to be efficiently produced and purified. Their use for immunization next to non-Fc tagged equivalents shows that they are powerfully immunogenic in the absence of added adjuvant and that immune stimulation is the result of the Fc-FcR interaction.

Chemotherapeutic agents in low noncytotoxic concentrations increase immunogenicity of human colon cancer cells

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeito imunomodulador de baixas concentrações de antineoplásicos

Pós-graduação em Patologia - FMB

A candidate gene approach to identify DNA markers associated with meat quality and production traits: investigation of several cathepsin genes in Italian heavy pigs.

The cathepsin enzymes represent an important family of lysosomal proteinases with a broad spectrum of functions in many, if not in all, tissues and cell types. In addition to their primary role during the normal protein turnover, they possess highly specific proteolytic activities, including antigen processing in the immune response and a direct role in the development of obesity and tumours. In pigs, the involvement of cathepsin enzymes in proteolytic processes have important effects during the conversion of muscle to meat, due to their influence on meat texture and sensory characteristics, mainly in seasoned products. Their contribution is fundamental in flavour development of dry-curing hams. However, several authors have demonstrated that high cathepsin activity, in particular of cathepsin B, is correlated to defects of these products, such as an excessive meat softness together with abnormal free tyrosine content, astringent or metallic aftertastes and formation of a white film on the cut surface. Thus, investigation of their genetic variability could be useful to identify DNA markers associated with these dry cured hams parameters, but also with meat quality, production and carcass traits in Italian heavy pigs. Unfortunately, no association has been found between cathepsin markers and meat quality traits so far, in particular with cathepsin B activity, suggesting that other genes, besides these, affect meat quality parameters. Nevertheless, significant associations were observed with several carcass and production traits in pigs. A recent study has demonstrated that different single nucleotide polymorphisms (SNPs) localized in cathepsin D (CTSD), F (CTSF), H and Z genes were highly associated with growth, fat deposition and production traits in an Italian Large White pig population. The aim of this thesis was to confirm some of these results in other pig populations and identify new cathepsin markers in order to evaluate their effects on cathepsin activity and other production traits. Furthermore, starting from the data obtained in previous studies on CTSD gene, we also analyzed the known polymorphism located in the insulin-like growth factor 2 gene (IGF2 intron3-g.3072G>A). This marker is considered the causative mutation for the quantitative trait loci (QTL) affecting muscle mass and fat deposition in pigs. Since IGF2 maps very close to CTSD on porcine chromosome (SSC) 2, we wanted to clarify if the effects of the CTSD marker were due to linkage disequilibrium with the IGF2 intron3-g.3072G>A mutation or not. In the first chapter, we reported the results from these two SSC2 gene markers. First of all, we evaluated the effects of the IGF2 intron3-g.3072G>A polymorphism in the Italian Large White breed, for which no previous studies have analysed this marker. Highly significant associations were identified with all estimated breeding values for production and carcass traits (P<0.00001), while no effects were observed for meat quality traits. Instead, the IGF2 intron3-g.3072G>A mutation did not show any associations with the analyzed traits in the Italian Duroc pigs, probably due to the low level of variability at this polymorphic site for this breed. In the same Duroc pig population, significant associations were obtained for the CTSD marker for all production and carcass traits (P < 0.001), after excluding possible confounding effects of the IGF2 mutation. The effects of the CTSD g.70G>A polymorphism were also confirmed in a group of Italian Large White pigs homozygous for the IGF2 intron3-g.3072G allele G (IGF2 intron3-g.3072GG) and by haplotype analysis between the markers of the two considered genes. Taken together, all these data indicated that the IGF2 intron3-g.3072G>A mutation is not the only polymorphism affecting fatness and muscle deposition in pigs. In the second chapter, we reported the analysis of two new SNPs identified in cathepsin L (CTSL) and cathepsin S (CTSS) genes and the association results with meat quality parameters (including cathepsin B activity) and several production traits in an Italian Large White pig population. Allele frequencies of these two markers were evaluated in 7 different pig breeds. Furthermore, we mapped using a radiation hybrid panel the CTSS gene on SSC4. Association studies with several production traits, carried out in 268 Italian Large White pigs, indicated positive effects of the CTSL polymorphism on average daily gain, weight of lean cuts and backfat thickness (P<0.05). The results for these latter traits were also confirmed using a selective genotype approach in other Italian Large White pigs (P<0.01). In the 268 pig group, the CTSS polymorphism was associated with feed:gain ratio and average daily gain (P<0.05). Instead, no association was observed between the analysed markers and meat quality parameters. Finally, we wanted to verify if the positive results obtained for the cathepsin L and S markers and for other previous identified SNPs (cathepsin F, cathepsin Z and their inhibitor cystatin B) were confirmed in the Italian Duroc pig breed (third chapter). We analysed them in two groups of Duroc pigs: the first group was made of 218 performance-tested pigs not selected by any phenotypic criteria, the second group was made of 100 Italian Duroc pigs extreme and divergent for visible intermuscular fat trait. In the first group, the CTSL polymorphism was associated with weight of lean cuts (P<0.05), while suggestive associations were obtained for average daily gain and backfat thickness (P<0.10). Allele frequencies of the CTSL gene marker also differed positively among the visible intermuscular extreme tails. Instead, no positive effects were observed for the other DNA markers on the analysed traits. In conclusion, in agreement with the present data and for the biological role of these enzymes, the porcine CTSD and CTSL markers: a) may have a direct effect in the biological mechanisms involved in determining fat and lean meat content in pigs, or b) these markers could be very close to the putative functional mutation(s) present in other genes. These findings have important practical applications, in particular the CTSD and CTSL mutations could be applied in a marker assisted selection (MAS) both in the Italian Large White and Italian Duroc breeds. Marker assisted selection could also increase in efficiency by adding information from the cathepsin S genotype, but only in the Italian Large White breed.

Modulation der Immunogenität von humanen Nierenzellkarzinomzellen durch stabilen TAP1-Gentransfer

Bei Nierenzellkarzinomen (NZK), wie auch bei vielen anderen Tumoren konnte eine reduzierte Expression der Klasse I Haupthistokompatibilitäts-Komplexe (MHC Klasse I) nachgewiesen werden, die assoziiert sein kann mit der gestörten Expression oder Funktion von Komponenten der Antigenprozessierung. Eine verminderte Erkennung solcher Tumore durch zytotoxische T-Lymphozyten und ein Zusammenhang mit einem Fortschreiten der Erkrankung führte zu der Annahme, daß es sich bei diesen Störungen um "immune escape"-Mechanismen handelt. Um die Bedeutung des heterodimeren Peptidtransporters TAP ("transporter associated with antigen processing") für die Immunogenität von Nierenzellkarzinomen zu untersuchen, wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals der stabile Gentransfer des humanen TAP1A-Gens in Nierenzellkarzinom-Zellen erfolgreich durchgeführt.
Dies konnte durch die Optimierung der Transfektionsmethode und des verwendeten Plasmid-Vektors erreicht werden. Die Transfektionen wurden mit Hilfe der Rechteck-Impuls-Elektroporation unter spezifischen, in der Arbeit etablierten Bedingungen durchgeführt. Der CMV-regulierte TAP-Expressions-Vektor wurde dahingehend verbessert, daß durch die Einführung einer IRES ("internal ribosomal entry site") Sequenz eine bicistronische m-RNS transkribiert wird, die sowohl das TAP1-Transgen als auch den Neomycin-Selektionsmarker enthält.
Es konnte nach klonaler Selektion eine stabile, aber unter den sieben getesteten Klonen heterogene Transkription der transgenen TAP1-mRNS nachgewiesen werden. In der Protein-Expression zeigten 5/7 der TAP1A-positive Klone eine mindestens zweifache Induktion der TAP1-Expression. In 2/7 dieser TAP1A-positive Klone war die TAP1-Überexpression mit einer Erhöhung der MHC Klasse I-Expression und selektiver Induktion des HLA-A2-Moleküls in der Durchflußzytometrie verbunden. Eine Quantifizierung des Peptidtransportes ergab je nach verwendetem Modellpeptid eine geringe oder gar keine Erhöhung der Transportrate in den TAP1-Transfektanden gegenüber Kontrollzellen. Ebenfalls konnte in Zytotoxizitäts-Analysen mit einer autologen T-Zellinie eine Erhöhung der spezifischen Lyse nicht gezeigt werden. Jedoch wurden im Zellkultur-Überstand dieser Zytotoxizitäts-Analysen bei einigen TAP1A-positive Transfektanden gegenüber mock transfizierten-Kontrollzellen deutlich erhöhte Werte des Tumornekrose-Faktor-alpha (TNF-alpha) gemessen, was als Maß einer T-Zell-Aktivierung gilt. Diese Ergebnisse sind konsistent mit einer ebenfalls deutlich gesteigerten T-Zell-Proliferation in Anwesenheit von TAP1A-positive Transfektanden.
Die alleinige stabile Überexpression von TAP1 in Nierenzellkarzinomzellen kann somit zu einer Modulation der MHC Klasse I-Expression und der T-Zell-Reaktivität führen. Das weist darauf hin, daß eine starke, konstitutive TAP1-Expression eine grundlegende Voraussetzung für eine effiziente Antigenprozessierung und Immunantwort darstellt und die Immuntoleranz gegenüber NZK durch stabilen TAP1-Gentransfer beinflußbar ist. Eine denkbare klinische Anwendung dieser Technik ist die Herstellung einer Tumorantigen-präsentierenden Zellvakzine, die eine T-Zell-Anergie gegenüber NZK durchbrechen könnte.
Schlüsselwörter: TAP, MHC, Antigenprozessierung, Tumorimmunologie, Gentransfer

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

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

Isolierung und Charakterisierung der ER-residenten Aminopeptidase ERMP1 und Untersuchung ihrer Funktion in der Prozessierung MHC I restringierter CTL Epitope

Die effiziente Generierung von Peptid-Epitopen aus zelleigenen oder viralen Proteinen für die Präsentation auf „Major Histocompatibility Complex I“ (MHC I) Molekülen ist essentiell für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und die Effektorfunktion der CD8+ zytotoxischen T-Zellen (CTLs). CTLs erkennen diese Peptide in Kontext mit MHC I Molekülen über ihren spezifischen T-Zellrezeptor (TCR). Die Generierung dieser Epitope ist das Resultat eines komplexen proteolytischen Prozesses, der im Zytosol und im endoplasmatischen Retikulum (ER) stattfindet. Im Zytosol generiert das Proteasom N-terminal verlängerte Epitop-Vorläufer. Diese werden durch weitere zytosolische Proteasen abgebaut, es sei denn, sie werden durch den „transporter associated with antigen processing“ (TAP) in das ER transportiert. Dort werden sie durch Aminopeptidasen getrimmt, um den Bindungsvoraussetzungen der MHC I Moleküle zu genügen. Im murinen System ist die „ER aminopeptidase associated with antigen processing“ (ERAAP) die bislang einzige beschriebene Aminopeptidase, die dieses N-terminale Trimming von CTL Epitopen vermitteln kann. Das Profil der proteolytischen Aktivität in angereichertem murinen ER kann jedoch nicht allein durch die Aktivität von ERAAP erklärt werden, was auf die Anwesenheit weiterer Aminopeptidasen mit einer potentiellen Funktion in der Antigenprozessierung hinweist. In dieser Arbeit konnte die immunologisch bislang noch nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 (endoplasmic reticulum metallopeptidase 1) im murinen ER identifiziert werden. Nach Aufreinigung muriner Mikrosomen und anschließender Anionenaustausch-Chromatographie wurden die gesammelten Fraktionen mit fluorogenen Substraten auf Aminopeptidase-Aktivität getestet. Durch massenspektrometrische Analyse konnten in den beobachteten Peaks die schon beschriebenen Aminopeptidasen ERAAP, die „insulin regulated aminopeptidase“ IRAP und die immunologisch bislang nicht beschriebene Aminopeptidase ERMP1 identifiziert werden. Durch Fluoreszenzmikroskopie konnte die intrazelluläre Lokalisation von ERMP1 im ER durch Kolokalisation mit TAP verifiziert werden. Wie viele Komponenten des MHC I Prozessierungsweges wird auch die Expression von ERMP1 durch IFN-γ stimuliert. Dies macht ERMP1 zu einer potentiellen zweiten trimmenden Aminopeptidase im murinen ER. Überexpression von ERMP1 hat einen allelspezifischen Einfluss auf die globale MHC I Präsentation auf der Zelloberfläche und durch Überexpression und shRNA vermitteltes gene silencing konnte außerdem ein epitopspezifischer Effekt nachgewiesen werden. Da N-terminales Trimming durch ERAAP mit der Evasion von Tumoren und veränderter Immundominanz assoziiert wird, ist die detaillierte Charakterisierung der Aminopeptidase ERMP1 ein wichtiger Schritt zum Verständnis der MHC I Antigen-Prozessierung und der Generierung von CTL Epitopen im ER.

Die Isolierung und Aufreinigung der Metalloendopeptidase LysN und die Evaluierung der Spezifität der LysN E157D-Mutante und ihr Einsatz in der Proteomik und die Mechanismen der Bildung von “dendritic cell aggresome- like induced structures“ (DALIS)

Der proteolytische Verdau von Proteinen in Peptide ist ein wichtiger Schritt in der Tandem-Massenspektrometrie. Dabei werden Peptide fragmentiert und die sich ergebenden Fragmentionen geben Aufschluss über die Aminosäuresequenz des zu untersuchenden Proteins. Dabei sind für die Fragmentierung sowohl Länge und Sequenz, als auch der Ladungszustand des Peptids ungemein wichtig. Diese Parameter bedingen sich durch Endoproteasen, die für den proteolytischen Verdau eingesetzt werden. Eine Voraussetzung hierfür ist die Spezifität der Protease. Trypsin ist bei weitem die gebräuchlichste Protease zur massenspektrometrischen Probenvorbereitung. Allerdings bietet Trypsin keine Komplettlösung. Je nach Fragestellung und Applikation müssen weitere Proteasen eingesetzt werden, um eine komplette Sequenzabdeckung zu gewährleisten und möglichst alle posttranslationalen Modifikationen nachzuweisen, oder bestimmte Proteomklassen (z.B Phosphoproteom

Molekulare Grundlagen der Immunkontrolle des murinen Cytomegalovirus in Gegenwart viruskodierter Immunevasine

Die Kontrolle der Infektion mit dem humanen Cytomegalovirus (HCMV) wird primär durch antivirale CD8 T-Zellen vermittelt. Während der Koevolution zwischen Virus und Wirt wurden Immunevasionsmechanismen entwickelt, die direkt die Expression der Peptid-MHC-Klasse-I-Komplexe an der Zelloberfläche beeinflussen und es dem Virus ermöglichen, der Immunkontrolle des Wirtes zu entkommen. Da HCMV und das murine CMV (mCMV) zum Teil analoge Strategien zur Modulation des MHC-Klasse-I-Antigen-Präsentationswegs entwickelt haben, wurde in der vorliegenden Arbeit auf das experimentelle Modell mit mCMV zurückgegriffen. Die für die Immunevasion verantwortlichen Genprodukte m04/gp34, m06/gp48 und m152/gp40 werden aufgrund ihres regulatorischen Einflusses auf die Antigenpräsentation als vRAPs (viral regulators of antigen presentation) bezeichnet. Diese interferieren mit dem Transport Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Moleküle und reduzieren in ihrer konzertierten Wirkung die Präsentation viraler Peptide an der Zelloberfläche.rnDie Transplantation hämatopoietischer Zellen nach Immunoablation stellt eine etablierte Therapieform bei malignen hämatologischen Erkrankungen dar. Zwischen Immunoablation und der Rekonstitution des Immunsystems sind die Empfänger der transferierten Zellen stark immunsupprimiert und anfällig für eine CMV-Erkrankung bei Reaktivierung des Virus. Neben der Gabe antiviraler Medikamente ist der adoptive Transfer antiviraler CD8 T-Zellen eine vielversprechende Therapiemöglichkeit, um reaktivierende CMV zu kontrollieren, bis das körpereigene Immunsystem wieder funktionsfähig ist. Obwohl im murinen Modell sehr wohl etabliert, stellen im humanen System die eingeschränkte Wirkung und die Notwendigkeit der konsequenten Gabe hoher Zellzahlen gewisse logistische Schwierigkeiten dar, welche die Methode bisher von der klinischen Routine ausschließen.rnDas murine Modell sagte eine Rolle von IFN-γ voraus, da Depletion dieses Zytokins zu einer verminderten Schutzwirkung gegen die mCMV-Infektion führt.rnIm ersten Teil dieser Arbeit sollte ein möglicher inhibitorischer Effekt von m04 auf m152 untersucht werden, der bei der Rekombinanten Δm06W beobachtet wurde. Mit neu generierten Viren (Δm06L1+2) konnte dieser Effekt allerdings nicht bestätigt werden. Bei Δm06W fehlte jedoch eine höher N-glykosylierte Isoform des m152-Proteins. Um zu untersuchen, ob die N-Glykosylierung von m152 für seine Funktion notwendig ist, wurde ein rekombinantes Virus generiert, das in Folge einer Deletion aller 3 N-Glykosylierungssequenzen nur eine nicht-glykosylierte Isoform des m152-Proteins bilden kann. In Übereinstimmung mit der zwischenzeitlich publizierten Kristallstruktur das Komplexes von m152 und dem Liganden RAE-1 des aktivierenden NK-Zellrezeptors NKG2D konnte erstmals gezeigt werden, dass die Funktionen von m152 in der adaptiven und in der angeborenen Immunität auch von der nicht N-glykosylierten Isoform wahrgenommen werden können.rnIm zweiten Teil der Arbeit sollte mit Hilfe eines Sets an vRAP Deletionsmutanten der Einfluss von IFN γ auf die einzeln oder in Kombination exprimierten vRAPs untersucht werden. Es zeigte sich, dass Vorbehandlung der Zellen mit IFN-γ die Antigenprozessierung nach Infektion stark erhöht und die vRAPs dann nicht mehr in der Lage sind, die Präsentation aller Peptid-beladener MHC-Klasse-I-Komplexe zu verhindern. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass vorher nicht-schützende CD8 T-Zellen Schutz vermitteln können, wenn das Gewebe der Rezipienten konstitutiv mit IFN-γ versorgt wird. Die zusätzliche Gabe von IFN-γ stellt daher eine vielversprechende Möglichkeit dar, den adoptiven Transfer als Therapie in der klinischen Routine einzusetzen.

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

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

Pharmacological interaction of drugs with immune receptors: the p-i concept

Drug-induced hypersensitivity reactions have been explained by the hapten concept, according to which a small chemical compound is too small to be recognized by the immune system. Only after covalently binding to an endogenous protein the immune system reacts to this so called hapten-carrier complex, as the larger molecule (protein) is modified, and thus immunogenic for B and T cells. Consequently, a B and T cell immune response might develop to the drug with very heterogeneous clinical manifestations. In recent years, however, evidence has become stronger that not all drugs need to bind covalently to the MHC-peptide complex in order to trigger an immune response. Rather, some drugs may bind directly and reversibly to immune receptors like the major histocompatibility complex (MHC) or the T cell receptor (TCR), thereby stimulating the cells similar to a pharmacological activation of other receptors. This concept has been termed pharmacological interaction with immune receptors the (p-i) concept. While the exact mechanism is still a matter of debate, non-covalent drug presentation clearly leads to the activation of drug-specific T cells as documented for various drugs (lidocaine, sulfamethoxazole (SMX), lamotrigine, carbamazepine, p-phenylendiamine, etc.). In some patients with drug hypersensitivity, such a response may occur within hours even upon the first exposure to the drug. Thus, the reaction to the drug may not be due to a classical, primary response, but rather be mediated by stimulating existing, pre-activated, peptide-specific T cells that are cross specific for the drug. In this way, certain drugs may circumvent the checkpoints for immune activation imposed by the classical antigen processing and presentation mechanisms, which may help to explain the peculiar nature of many drug hypersensitivity reactions.

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

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

Noncovalent interactions of drugs with immune receptors may mediate drug-induced hypersensitivity reactions

Drug-induced hypersensitivity reactions are instructive examples of immune reactions against low molecular weight compounds. Classically, such reactions have been explained by the hapten concept, according to which the small antigen covalently modifies an endogenous protein; recent studies show strong associations of several HLA molecules with hypersensitivity. In recent years, however, evidence has become stronger that not all drugs need to bind covalently to the major histocompatibility complex (MHC)-peptide complex in order to trigger an immune response. Rather, some drugs may bind reversibly to the MHC or possibly to the T-cell receptor (TCR), eliciting immune reactions akin to the pharmacological activation of other receptors. While the exact mechanism is still a matter of debate, noncovalent drug presentation clearly leads to the activation of drug-specific T cells. In some patients with hypersensitivity, such a response may occur within hours of even the first exposure to the drug. Thus, the reaction to the drug may not be the result of a classical, primary response but rather be mediated by existing, preactivated T cells that display cross-reactivity for the drug and have additional (peptide) specificity as well. In this way, certain drugs may circumvent the checkpoints for immune activation imposed by the classical antigen processing and presentation mechanisms, which may help to explain the idiosyncratic nature of many drug hypersensitivity reactions.

Transcriptional regulation of the invariant chain associated with MHC class II molecules

The invariant chain associated with the major histocompatibility complex (MHC) class II molecules is a non-polymorphic glycoprotein implicated in antigen processing and class II molecule intracellular transport. Class II molecules and invariant chain (In) are expressed primarily by B lymphocytes and antigen-presenting cells such as macrophages and can be induced by interferon gamma (IFN-$\gamma$) in a variety of cell types such as endothelial cells, fibroblasts, and astrocytes. In this study the cis-acting sequences involved in the constitutive, tissue-specific, and IFN-$\gamma$ induced expression of the human In gene were investigated and nuclear proteins which specifically bound these sequences were identified.^ To define promoter sequences involved in the regulation of the human In gene, 790 bp 5$\sp\prime$ to the initiation of transcription were subcloned upstream of the gene encoding chloramphenicol acetyl transferase (CAT). Transfection of this construct into In expressing and non-expressing cell lines demonstrated that this 790 bp In promoter sequence conferred tissue specificity to the CAT gene. Deletion mutants were created in the promoter to identify sequences important for transcription. Three regulatory regions were identified $-$396 to $-$241, $-$241 to $-$216, and $-$216 to $-$165 bp 5$\sp\prime$ to the cap site. Transfection into a human glioblastoma cell line, U-373 MG, and treatment with IFN-$\gamma$, demonstrated that this 5$\sp\prime$ region is responsive to IFN-$\gamma$. An IFN-$\gamma$ response element was sublocalized to the region $-$120 to $-$61 bp. This region contains homology to the interferon-stimulated response element (ISRE) identified in other IFN responsive genes. IFN-$\gamma$ induces a sequence-specific DNA binding factor which binds to an oligonucleotide corresponding to $-$107 to $-$79 bp of the In promoter. This factor also binds to an oligonucleotide corresponding to $-$91 to $-$62 of the interferon-$\beta$ gene promoter, suggesting this factor may be member of the IRF-1/ISGF2, IRF-2, ICSBP family of ISRE binding proteins. A transcriptional enhancer was identified in the first intron of the In gene. This element, located in a 2.6 kb BamHI/PstI fragment, enhances the IFN-$\gamma$ response of the promoter in U-373 MG. The majority of the In enhancer activity was sublocalized to a 550 bp region $\sim$1.6 kb downstream of the In transcriptional start site. ^

Inhibition and deficiency of the immunoproteasome subunit LMP7 attenuates LCMV-induced meningitis

In addition to antigen processing, immunoproteasomes were recently shown to exert functions influencing cytokine production by monocytes and T cells, T-helper cell differentiation, and T-cell survival. Moreover, selective inhibition of the immunoproteasome subunit LMP7 ameliorated symptoms of autoimmune diseases including CD4(+) T-cell mediated EAE. In this study, we show that LMP7 also plays a crucial role in the pathogenesis of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV)-induced meningitis mediated by CTLs. Mice lacking functional LMP7 display delayed and reduced clinical signs of disease accompanied by a strongly decreased inflammatory infiltration into the brain. Interestingly, we found that selective inhibition and genetic deficiency of LMP7 affect the pathogenesis of LCMV-induced meningitis in a distinct manner. Our findings support the important role of LMP7 in inflammatory disorders and suggest immunoproteasome inhibition as a novel strategy against inflammation-induced neuropathology in the CNS.