IL-5 and IL-17A are critical for the chronic IgE response and differentiation of long-lived antibody-secreting cells in inflamed tissues

Prolonged survival of long-lived antibody-secreting cells in the BM has been implicated as a key component of long-term humoral immunity. The current study was designed to uncover the extrinsic signals required for the generation and maintenance of ASC in several niches (peritoneum, spleen and bone-marrow). Our results show that protein mixture of the Thalassophryne nattereri venom induced a chronic Th2 humoral response that is characterized by splenic hyperplasia with GC formation and venom retention by follicular DCs. Retention of B1a in the BM were observed. In the late phase (120 d) of chronic venom-response the largest pool of ASC into the peritoneal cavity consisted of B220(neg)CD43(high) phenotype; the largest pool of ASC into spleen was constituted by B220 positive cells (B220(high) and B220(low)), whereas the largest pool of ASC into in the BM was constituted by the B220(high)CD43(low) phenotype; and finally, terminally differentiated cells (B220(neg)CD43(high)) were only maintained in the inflamed peritoneal cavity in late phase. After 120 d a sustained production of cytokines (KC, IL-5, TNF-alpha, IL-6, IL-17A and IL-23) and leukocytes recruitment (eosinophils, mast cells, and neutrophils) were induced. IL-5- and IL-17A-producing CD4+ CD44+ CD40L+ Ly6C+ effector memory T cells were also observed in peritoneal cavity. Finally, treatment of venom-mice with anti-IL-5- and anti-IL17A-neutralizing mAbs abolished the synthesis of specific IgE, without modifying the splenic hyperplasia or GC formation. In addition, IL-5 and IL-17A negatively regulated the expansion of B1a in peritoneal cavity and BM, and promoted the differentiation of these cells in spleen. And more, IL-5 and IL-17A are sufficient for the generation of ASC B220(neg) in the peritoneal cavity and negatively regulate the number of ASC B220(Pos), confirming that the hierarchical process of ASC differentiation triggered by venom needs the signal derived from IL-5 and IL-17A. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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

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

Nanoparticles for efficient uptake by human dendritic cells and T lymphocytes to be used in adoptive immunotherapy

Dendritic cells (DCs) are the most potent cell type for capture, processing, and presentation of antigens. They are able to activate naïve T cells as well as to initiate memory T-cell immune responses. T lymphocytes are key elements in eliciting cellular immunity against bacteria and viruses as well as in the generation of anti-tumor and anti-leukemia immune responses. Because of their central position in the immunological network, specific manipulations of these cell types provide promising possibilities for novel immunotherapies. Nanoparticles (NP) that have just recently been investigated for use as carriers of drugs or imaging agents, are well suited for therapeutic applications in vitro and also in vivo since they can be addressed to cells with a high target specificity upon surface functionalization. As a first prerequisite, an efficient in vitro labeling of cells with NP has to be established. In this work we developed protocols allowing an effective loading of human monocyte-derived DCs and primary antigen-specific T cells with newly designed NP without affecting biological cell functions. Polystyrene NP that have been synthesized by the miniemulsion technique contained perylenmonoimide (PMI) as a fluorochrome, allowing the rapid determination of intracellular uptake by flow cytometry. To confirm intracellular localization, NP-loaded cells were analyzed by confocal laser scanning microscopy (cLSM) and transmission electron microscopy (TEM). Functional analyses of NP-loaded cells were performed by IFN-γ ELISPOT, 51Chromium-release, and 3H-thymidine proliferation assays. In the first part of this study, we observed strong labeling of DCs with amino-functionalized NP. Even after 8 days 95% of DCs had retained nanoparticles with a median fluorescence intensity of 67% compared to day 1. NP loading did not influence expression of cell surface molecules that are specific for mature DCs (mDCs) nor did it influence the immunostimulatory capacity of mDCs. This procedure did also not impair the capability of DCs for uptake, processing and presentation of viral antigens that has not been shown before for NP in DCs. In the second part of this work, the protocol was adapted to the very different conditions with T lymphocytes. We used leukemia-, tumor-, and allo-human leukocyte antigen (HLA) reactive CD8+ or CD4+ T cells as model systems. Our data showed that amino-functionalized NP were taken up very efficiently also by T lymphocytes, which usually had a lower capacity for NP incorporation compared to other cell types. In contrast to DCs, T cells released 70-90% of incorporated NP during the first 24 h, which points to the need to escape from intracellular uptake pathways before export to the outside can occur. Preliminary data with biodegradable nanocapsules (NC) revealed that encapsulated cargo molecules could, in principle, escape from the endolysosomal compartment after loading into T lymphocytes. T cell function was not influenced by NP load at low to intermediate concentrations of 25 to 150 μg/mL. Overall, our data suggest that NP and NC are promising tools for the delivery of drugs, antigens, and other molecules into DCs and T lymphocytes.

Charakterisierung der Latenz des murinen Cytomegalovirus in vivo

Die primäre, produktive Cytomegalovirus (CMV)-Infektion wird im immunkompetenten Patienten effizient durch antivirale CD8+ T-Zellen kontrolliert. Das virale Genom besitzt jedoch die Fähigkeit, in einem nicht replikativen, Latenz genannten Zustand, in gewissen Zelltypen zu persistieren, ohne dass infektiöse Nachkommenviren produziert werden. Die molekularen Mechanismen, welche der Etablierung und Aufrechterhaltung der Latenz zugrundeliegen, sind noch weitestgehend unbekannt. Es gibt Hinweise darauf, dass zelluläre Verteidigungsmechanismen die Zirkularisierung und Chromatinisierung viraler Genome hervorrufen und dadurch die virale Genexpression größtenteils verhindert wird (Marks & Spector, 1984; Reeves et al., 2006).rnAllerdings liegen die Genome nicht in einem komplett inaktiven Zustand vor. Vielmehr konnte für das murine CMV (mCMV) bereits die sporadische Transkription der Gene ie1 und ie2 während der Latenz nachgewiesen werden (Kurz et al., 1999; Grzimek et al., 2001).rnIn der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal eine umfassende in vivo Latenz-Analyse zur Charakterisierung der viralen Transkription in einer Kinetik anhand der alle drei kinetischen Klassen repräsentierenden Transkripte IE1, IE3, E1, m164, M105 und M86 vorgenommen.rnNach Latenz-Etablierung, verifiziert durch Abwesenheit von infektiösem Virus, konnten alle getesteten Transkripte in der Lunge quantifiziert werden. Interessanterweise war die transkriptionelle Aktivität zu keinem Analyse-Zeitpunkt mit der klassischen IE-E-L-Kinetik der produktiven Infektion kompatibel. Stattdessen lag eine stochastische Transkript-Expression vor, deren Aktivität mit voranschreitender Zeit immer weiter abnahm.rnWährend der Latenz exprimierte Transkripte, die für antigene Peptide kodieren, können infizierte Zellen für das Immunsystem sichtbar machen, was zu einer fortwährenden Restimulation des memory T-Zell-pools führen würde. Durch zeitgleiche Analyse der Transkript-Expression, sowie der Frequenzen Epitop-spezifischer CD8+ T-Zellen während der Latenz (IE1, m164, M105), wurde eine möglicher Zusammenhang zwischen der transkriptionellen Aktivität und der Expansion des memory T-Zell-pools untersucht. Die weitere Charakterisierung von Subpopulationen der Epitop-spezifischen CD8+ T-Zellen identifizierte die SLECs (short-lived-effector cells; CD127low CD62Llow KLRG1high) als die dominante Population in Lunge und Milz während der mCMV-Latenz.rnIn einem weiteren Teil der Arbeit sollte untersucht werden, ob IE-Genexpression zur Etablierung von Latenz notwendig ist. Mit Hilfe der Rekombinanten mCMV-Δie2-DTR, die die Gensequenz des Diphtherietoxin-Rezeptors (DTR) anstelle des Gens ie2 trägt, konnten infizierte, DTR exprimierende Zellen durch eine DT-Applikation konditional depletiert werden.rnIm latent infizierbaren Zelltyp der Leber, den LSECs (liver sinusoidal endothelial cells) wurde die virale Load durch 90-stündige DT–Applikation nach mCMV-Δie2-DTR Infektion auf das Level latent infizierter LSECs reduziert. Diese Daten sprechen für die Hypothese eines von Beginn an inaktiven Genoms, das keine IE-Genexpression zur Latenz-Etablierung benötigt. Zusätzlich stellt dieser Ansatz ein neues Tier-Modell zur Latenz-Etablierung dar. Verringerte Wartezeiten bis zur vollständigen Latenz-Etablierung, im Vergleich zum bisherigen Knochenmarktransplantations-Modell, könnten anfallende Tierhaltungskosten erheblich reduzieren und das Voranschreiten der Forschung beschleunigen.

Humoral response to herpes simplex virus is complement-dependent

The complement system represents a cascade of serum proteins, which provide a major effector function in innate immunity. Recent studies have revealed that complement links innate and adaptive immunity via complement receptors CD21/CD35 in that it enhances the B cell memory response to noninfectious protein antigens introduced i.v. To examine the importance of complement for immune responses to virus infection in a peripheral tissue, we compared the B cell memory response of mice deficient in complement C3, C4, or CD21/CD35 with wild-type controls. We found that the deficient mice failed to generate a normal memory response, which is characterized by a reduction in IgG antibody and germinal centers. Thus, complement is important not only in the effector function of innate immunity but also in the stimulation of memory B cell responses to viral-infected cell antigens in both blood and peripheral tissues.

Defect in IgV gene somatic hypermutation in Common Variable Immuno-Deficiency syndrome

Common Variable Immuno-Deficiency (CVID) is the most common symptomatic primary antibody-deficiency syndrome, but the basic immunologic defects underlying this syndrome are not well defined. We report here that among eight patients studied (six CVID and two hypogammaglobulinemic patients with recurrent infections), there is in two CVID patients a dramatic reduction in Ig V gene somatic hypermutation with 40–75% of IgG transcripts totally devoid of mutations in the circulating memory B cell compartment. Functional assays of the T cell compartment point to an intrinsic B cell defect in the process of antibody affinity maturation in these two cases.

Measuring the diaspora for virus-specific CD8+ T cells

The CD8+ T cell diaspora has been analyzed after secondary challenge with an influenza A virus that replicates only in the respiratory tract. Numbers of DbNP366- and DbPA224-specific CD8+ T cells were measured by tetramer staining at the end of the recall response, then followed sequentially in the lung, lymph nodes, spleen, blood, and other organs. The extent of clonal expansion did not reflect the sizes of the preexisting memory T cell pools. Although the high-frequency CD8+ tetramer+ populations in the pneumonic lung and mediastinal lymph nodes fell rapidly from peak values, the “whole mouse” virus-specific CD8+ T cell counts decreased only 2-fold over the 4 weeks after infection, then subsided at a fairly steady rate to reach a plateau at about 2 months. The largest numbers were found throughout in the spleen, then the bone marrow. The CD8+DbNP366+ and CD8+DbPA224+ sets remained significantly enlarged for at least 4 months, declining at equivalent rates while retaining the nucleoprotein > acid polymerase immunodominance hierarchy characteristic of the earlier antigen-driven phase. Lowest levels of the CD69 “activation marker” were detected consistently on virus-specific CD8+ T cells in the blood, then the spleen. Those in the bone marrow and liver were intermediate, and CD69hi T cells were very prominent in the regional lymph nodes and the nasal-associated lymphoid tissue. Any population of “resting” CD8+ memory T cells is thus phenotypically heterogeneous, widely dispersed, and subject to broad homeostatic and local environmental effects irrespective of epitope specificity or magnitude.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Enhanced effector and memory CTL responses generated by incorporation of receptor activator of NF-kappa B(RANK)/RANK ligand costimulatory molecules into dendritic cell immunogens expressing a human tumor-specific antigen

The outcome of dendritic cell (DC) presentation of Ag to T cells via the TCR/MHC synapse is determined by second signaling through CD80/86 and, importantly, by ligation of costimulatory ligands and receptors located at the DC and T cell surfaces. Downstream signaling triggered by costimulatory molecule ligation results in reciprocal DC and T cell activation and survival, which predisposes to enhanced T cell-mediated immune responses. In this study, we used adenoviral vectors to express a model tumor Ag (the E7 oncoprotein of human papillomavirus 16) with or without coexpression of receptor activator of NF-kappaB (RANK)/RANK ligand (RANKL) or CD40/CD40L costimulatory molecules, and used these transgenic DCs to immunize mice for the generation of E7-directed CD8(+) T cell responses. We show that coexpression of RANK/RANKL, but not CD40/CD40L, in E7-expressing DCs augmented E7-specific IFN-gamma-secreting effector and memory T cells and E7-specific CTLs. These responses were also augmented by coexpression of T cell costimulatory molecules (RANKL and CD40L) or DC costimulatory molecules (RANK and CD40) in the E7-expressing DC immunogens. Augmentation of CTL responses correlated with up-regulation of CD80 and CD86 expression in DCs transduced with costimulatory molecules, suggesting a mechanism for enhanced T cell activation/survival. These results have generic implications for improved tumor Ag-expressing DC vaccines, and specific implications for a DC-based vaccine approach for human papillomavirus 16-associated cervical carcinoma.

tlCell: a software transactional memory for the cell broadband engine architecture

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

B and T lymphocyte attenuator regulates CD8+ T cell-intrinsic homeostasis and memory cell generation.

B and T lymphocyte attenuator (BTLA) is a negative regulator of T cell activation, but its function in vivo is not well characterized. Here we show that mice deficient in full-length BTLA or its ligand, herpesvirus entry mediator, had increased number of memory CD8(+) T cells. The memory CD8(+) T cell phenotype resulted from a T cell-intrinsic perturbation of the CD8(+) T cell pool. Naive BTLA-deficient CD8(+) T cells were more efficient than wild-type cells at generating memory in a competitive antigen-specific system. This effect was independent of the initial expansion of the responding antigen-specific T cell population. In addition, BTLA negatively regulated antigen-independent homeostatic expansion of CD4(+) and CD8(+) T cells. These results emphasize two central functions of BTLA in limiting T cell activity in vivo.

Memory and effector CD8 T-cell responses after nanoparticle vaccination of melanoma patients.

Induction of cytotoxic CD8 T-cell responses is enhanced by the exclusive presentation of antigen through dendritic cells, and by innate stimuli, such as toll-like receptor ligands. On the basis of these 2 principles, we designed a vaccine against melanoma. Specifically, we linked the melanoma-specific Melan-A/Mart-1 peptide to virus-like nanoparticles loaded with A-type CpG, a ligand for toll-like receptor 9. Melan-A/Mart-1 peptide was cross-presented, as shown in vitro with human dendritic cells and in HLA-A2 transgenic mice. A phase I/II study in stage II-IV melanoma patients showed that the vaccine was well tolerated, and that 14/22 patients generated ex vivo detectable T-cell responses, with in part multifunctional T cells capable to degranulate and produce IFN-γ, TNF-α, and IL-2. No significant influence of the route of immunization (subcutaneous versus intradermal) nor dosing regimen (weekly versus daily clusters) could be observed. It is interesting to note that, relatively large fractions of responding specific T cells exhibited a central memory phenotype, more than what is achieved by other nonlive vaccines. We conclude that vaccination with CpG loaded virus-like nanoparticles is associated with a human CD8 T-cell response with properties of a potential long-term immune protection from the disease.

Selective bystander proliferation of memory CD4+ and CD8+ T cells upon NK T or T cell activation.

Ag-experienced or memory T cells have increased reactivity to recall Ag, and can be distinguished from naive T cells by altered expression of surface markers such as CD44. Memory T cells have a high turnover rate, and CD8(+) memory T cells proliferate upon viral infection, in the presence of IFN-alphabeta and/or IL-15. In this study, we extend these findings by showing that activated NKT cells and superantigen-activated T cells induce extensive bystander proliferation of both CD8(+) and CD4(+) memory T cells. Moreover, proliferation of memory T cells can be induced by an IFN-alphabeta-independent, but IFN-gamma- or IL-12-dependent pathway. In these conditions of bystander activation, proliferating memory (CD44(high)) T cells do not derive from activation of naive (CD44(low)) T cells, but rather from bona fide memory CD44(high) T cells. Together, these data demonstrate that distinct pathways can induce bystander proliferation of memory T cells.