On the three-finger protein domain fold and CD59-like proteins in Schistosoma mansoni

Background: It is believed that schistosomes evade complement-mediated killing by expressing regulatory proteins on their surface. Recently, six homologues of human CD59, an important inhibitor of the complement system membrane attack complex, were identified in the schistosome genome. Therefore, it is important to investigate whether these molecules could act as CD59-like complement inhibitors in schistosomes as part of an immune evasion strategy. Methodology/Principal Findings: Herein, we describe the molecular characterization of seven putative SmCD59-like genes and attempt to address the putative biological function of two isoforms. Superimposition analysis of the 3D structure of hCD59 and schistosome sequences revealed that they contain the three-fingered protein domain (TFPD). However, the conserved amino acid residues involved in complement recognition in mammals could not be identified. Real-time RT-PCR and Western blot analysis determined that most of these genes are up-regulated in the transition from free-living cercaria to adult worm stage. Immunolocalization experiments and tegument preparations confirm that at least some of the SmCD59-like proteins are surface-localized; however, significant expression was also detected in internal tissues of adult worms. Finally, the involvement of two SmCD59 proteins in complement inhibition was evaluated by three different approaches: (i) a hemolytic assay using recombinant soluble forms expressed in Pichia pastoris and E. coli; (ii) complement-resistance of CHO cells expressing the respective membrane-anchored proteins; and (iii) the complement killing of schistosomula after gene suppression by RNAi. Our data indicated that these proteins are not involved in the regulation of complement activation. Conclusions: Our results suggest that this group of proteins belongs to the TFPD superfamily. Their expression is associated to intra-host stages, present in the tegument surface, and also in intra-parasite tissues. Three distinct approaches using SmCD59 proteins to inhibit complement strongly suggested that these proteins are not complement inhibitors and their function in schistosomes remains to be determined.

Einfluss immunevasiver Strategien des humanen Cytomegalovirus auf die MHC-Klasse-I-Präsentation der viralen Antigene pp65 und IE1

Das Humane Cytomegalovirus (HCMV) stellt eine große Bedrohung für Patienten mit geschwächtem oder unausgereiftem Immunsystem dar. Bei immunkompetenten Personen hingegen werden schwere Erkrankungen insbesondere durch die Wirkung antiviraler zytotoxischer CD8+-T-Lymphozyten (CTL) weitgehend verhindert. Aus Zellkultur-Systemen war bekannt, dass virale Glykoproteine, welche in der US2-US11-Region des HCMV-Genoms kodiert werden, inhibitorisch in den MHC-Klasse-I-Präsentationsweg eingreifen und somit die entsprechende Präsentation durch infizierte Zellen behindern. Über die Bedeutung dieser US2-US11-vermittelten Immunevasion für die Präsentation viraler Antigene im Kontext der Virusinfektion war jedoch nichts bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte daher der Einfluss der Immunevasion auf die MHC-Klasse-I-Präsentation der beiden wichtigsten CTL-Zielstrukturen von HCMV, dem Tegumentprotein pp65 und dem regulatorischen immediate early Protein IE1, untersucht werden. In Ergänzung dazu sollte das immunevasive Potential eines durch HCMV kodierten Homologs des immunmodulatorischen Zytokins Interleukin-10 (cmvIL-10) analysiert werden. Hierzu wurden über Peptidimmunisierung HLA-A2-transgener Mäuse CTL-Klone hergestellt, welche ausgesuchte Peptide aus pp65 und IE1 in Assoziation mit HLA-A2 mit hoher Spezifität und Sensitivität erkannten. Auf diese Weise konnte eine direkte Beeinflussung der MHC-Klasse-I-Präsentation durch cmvIL-10 falsifiziert und somit der Hypothese, dass das von infizierten Zellen freigesetzte Zytokin die MHC-Klasse-I-Präsentation nicht infizierter Nachbarzellen beeinflussen könnte, widersprochen werden. Mit Hilfe einer US2-US11-Deletionsmutante des Virus konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Präsentation von sowohl pp65 als auch IE1 durch die Immunevasion beeinträchtigt wird. Dabei war die Präsentation des IE1-Peptids zu jedem untersuchten Zeitpunkt nach Infektion vollständig unterdrückt. Die Präsentation des pp65-Peptids hingegen war noch bis zu 72 Stunden nach Infektion detektierbar. Diese anhaltende Präsentation wurde dabei durch MHC-Klasse-I-Komplexe hervorgerufen, die trotz der Expression der US2-US11-Region an die Zelloberfläche transportiert wurden. Anhand des pp65 konnte somit erstmals gezeigt werden, dass die Immunevasion von HCMV Bildung und Transport bestimmter MHC-Klasse-I-Peptid-Komplexe zwar beeinträchtigen, jedoch nicht vollständig blockieren kann. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Präsentation von IE1-Peptiden durch das Vorhandensein des pp65-Proteins nicht beeinflusst wurde. Damit konnten aus der Literatur bekannte Daten anderer widerlegt werden. Mit Hilfe einer weiteren Virusmutante konnte schließlich gezeigt werden, das die Expression eines der Immunevasine, des gpUS11, hinreichend ist, die IE1-Präsentation vollständig zu unterdrücken, jedoch keinerlei messbaren Einfluss auf die Präsentation von pp65 ausübt. Die vorliegende Arbeit hat wichtige Erkenntnisse erbracht, die die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Aufklärung der Bedeutung der einzelnen Immunevasionsgene für die Präsentation viraler Antigene im Rahmen der Virusinfektion darstellen.

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

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

Mechanismen der Antigenpräsentation bei der Induktion der CD8-T-Zellantwort gegen das murine Cytomegalovirus

Die Kontrolle der Cytomegalovirus(CMV)-Infektion durch CD8 T-Zellen ist abhängig von der effizienten MHC-Klasse-I-Präsentation viraler Peptide auf der Zelloberfläche. Um die Erkennung infizierter Zellen zu unterdrücken, interferieren während der Early (E)-Phase der murinen CMV (mCMV)-Infektion virale Immunevasine mit dem intrazellulären Transport von Peptid-MHC-I (pMHC-I) Komplexen. Den Immunevasinen gelingt es allerdings nicht, ein Priming mCMV-spezifischer CD8 T-Zellen zu verhindern. Daher wurde angenommen, dass die Initiation der antiviralen CD8 T-Zellantwort primär auf der Cross-Präsentation viraler Peptide auf nicht-infizierten, professionellen Antigen-präsentierenden Zellen (profAPC) beruht und damit unabhängig von viralen Immunevasionsmechanismen ist.rnIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mittels BAC-Mutagenese eine mCMV-Rekombinante generiert, um die direkte Präsentation viraler Peptide durch die zusätzliche Expression des zentralen Immunevasins m152 bereits in der Immediate Early (IE)-Phase verstärkt zu unterdrücken. Wie erwartet reduzierte die verstärkte m152-Expression sowohl in der IE- als auch in der E-Phase die pMHC-I-Präsentation in vitro. Dies führte überraschenderweise nach Infektion immunkompetenter BALB/c-Mäuse (Haplotyp H-2d) zu einer verminderten CD8 T-Zellantwort und damit zur Verschlechterung der Kontrolle der Infektion im drainierenden Lymphknoten. Diese Beobachtungen weisen erstmals auf einen wichtigen Beitrag der direkten Antigenpräsentation bei der Initiation der mCMV-spezifischen CD8 T-Zellantwort im immunkompetenten Wirt hin. Zusätzlich konnte auch nach mCMV-Infektion von Cross-Präsentations-defizienten Mäusen (Haplotyp H-2b) eine antivirale CD8 T-Zellantwort initiiert werden. Diese Beobachtung bestätigt, dass durch direkte Antigenpräsentation auf infizierten profAPC trotz viraler Immunevasionsmechanismen eine CD8 T-Zellantwort induziert werden kann. Allerdings wurde weder die antivirale CD8 T-Zellantwort noch die Kontrolle der Infektion im Haplotyp H-2b durch die verstärkte m152-Expression moduliert.rnIn einem weiteren Teil der Arbeit konnte im klinisch relevanten Modellsystem der mCMV-Infektion von Knochenmarktransplantations (KMT)-Rezipienten (Haplotyp H-2d) gezeigt werden, dass die verstärkte m152-Expression die Rekrutierung IE1-spezifischer CD8 T-Zellen in die infizierte Lunge unterdrückt. Dies konnte sowohl früh nach Infektion, als auch während der viralen Latenz nachgewiesen werden. Zusätzlich war die Rekrutierung IE1-spezifischer CD8 T-Zellen in die Lunge deutlich vermindert in Ld--Rezipienten von Ld+-hämatopoetischen Zellen, die das IE1-präsentierende MHC-I-Molekül Ld nicht auf den nicht-hämatopoetischen Gewebszellen exprimieren. Diese Beobachtungen zeigen, dass die Rekrutierung antiviraler CD8 T-Zellen in ein peripheres Organ von der direkten Antigenpräsentation auf nicht-hämatopoetischen, infizierten Gewebszellen bestimmt wird.rnIn der vorliegenden Arbeit konnte somit erstmals gezeigt werden, dass trotz viraler Immunevasionsmechanismen nach mCMV-Infektion des immunkompetenten Wirtes und des KMT-Rezipienten die antivirale CD8 T-Zellantwort von der direkten Antigenpräsentation bestimmt wird.

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.

Development of a highly potent bispecific antibody format targeting the novel tumor-specific antigen CLDN18.2

Due to multiple immune evasion mechanisms of cancer cells, novel therapy approaches are required to overcome the limitations of existing immunotherapies. Bispecific antibodies are potent anti-cancer drugs, which redirect effector T cells for specific tumor cell lysis, thus enabling the patient’s immune system to fight cancer cells. The antibody format used in this proof of concept study–bispecific ideal monoclonal antibodies termed BiMAB–is a tailor-made recombinant protein, which consists of two fused scFv antibodies recognizing different antigens. Both are arranged in tandem on a single peptide chain and the individual variable binding domains are separated by special non-immunogenic linkers. The format is comprised of a scFv targeting CLDN18.2–a gastric cancer tumor associated antigen (TAA) –while the second specificity binds the CD3 epsilon (CD3ε) subunit of the T cell receptor (TCR) on T cells. For the first time, we compared in our IMAB362-based BiMAB setting, four different anti-CD3-scFvs, respectively derived from the mAbs TR66, CLB-T3, as well as the humanized and the murine variant of UCHT1. In addition, we investigated the impact of an N- versus a C-terminal location of the IMAB362-derived scFv and the anti-CD3-scFvs. Thus, nine CLDN18.2 specific BiMAB proteins were generated, of which all showed a remarkably high cytotoxicity towards CLDN18.2-positive tumor cells. Because of its promising effectiveness, 1BiMAB emerged as the BiMAB prototype. The selectivity of 1BiMAB for its TAA and CD3ε, with affinities in the nanomolar range, has been confirmed by in vitro assays. Its dual binding depends on the design of an N-terminally positioned IMAB362 scFv and the consecutive C-terminally positioned TR66 scFv. 1BiMAB provoked a concentration and target cell dependent T cell activation, proliferation, and upregulation of the cytolytic protein Granzyme B, as well as the consequent elimination of target cells. Our results demonstrate that 1BiMAB is able to activate T cells independent of elements that are usually involved in the T cell recognition program, like antigen presentation, MHC restriction, and co-stimulatory effector molecules. In the first in vivo studies using a subcutaneous xenogeneic tumor mouse model in immune incompetent NSG mice, we could prove a significant therapeutic effect of 1BiMAB with partial or complete tumor elimination. The initial in vitro RIBOMAB experiments correspondingly showed encouraging results. The electroporation of 1BiMAB IVT-RNA into target or effector cells was feasible, while the functionality of translated 1BiMAB was proven by induced T cell activation and target cell lysis. Accordingly, we could show that the in vitro RIBOMAB approach was applicable for all nine BiMABs, which proves the RIBOMAB concept. Thus, the CLDN18.2-BiMAB strategy offers great potential for the treatment of cancer. In the future, administered either as protein or as IVT-RNA, the BiMAB format will contribute towards finding solutions to raise and sustain tumor-specific cellular responses elicited by engaged and activated endogenous T cells. This will potentially enable us to overcome immune evasion mechanisms of tumor cells, consequently supporting current solid gastric cancer therapies.

The interaction of Leishmania major parasites with human myeloid cells and its consequence for adaptive immunity

In der vorliegenden Arbeit fokussierten wir uns auf drei verschiedene Aspekte der Leishmanien-Infektion. Wir charakterisierten den Prozess des Zelltods „Apoptose“ bei Parasiten (1), untersuchten die Eignung von Makrophagen und dendritischen Zellen als Wirtszelle für die Entwicklung der Parasiten (2) und analysierten die Konsequenzen der Infektion für die Entstehung einer adaptiven Immunantwort im humanen System. Von zentraler Bedeutung für dieses Projekt war die Hypothese, dass apoptotische Leishmanien den Autophagie-Mechanismus ihrer Wirtszellen ausnutzen, um eine T-Zell-vermittelte Abtötung der Parasiten zu vermindern.rnWir definierten eine apoptotische Leishmanien-Population, welche durch eine rundliche Morphologie und die Expression von Phosphatidylserin auf der Parasitenoberfläche charakterisiert war. Die apoptotischen Parasiten befanden sich zudem in der SubG1-Phase und wiesen weniger und fragmentierte DNA auf, welche durch TUNEL-Assay nachgewiesen werden konnte. Bei der Interaktion der Parasiten mit humanen Makrophagen und dendritischen Zellen zeigte sich, dass die anti-inflammatorischen Makrophagen anfälliger für Infektionen waren als die pro-inflammatorischen Makrophagen oder die dendritischen Zellen. Interessanterweise wurde in den dendritischen Zellen jedoch die effektivste Umwandlung zur krankheitsauslösenden, amastigoten Lebensform beobachtet. Da sowohl Makrophagen als auch dendritische Zellen zu den antigenpräsentierenden Zellen gehören, könnte dies zur Aktivierung der T-Zellen des adaptiven Immunsystems führen. Tatsächlich konnte während der Leishmanien-Infektion die Proliferation von T-Zellen beobachtet werden. Dabei stellten wir fest, dass es sich bei den proliferierenden T-Zellen um CD3+CD4+ T-Zellen handelte, welche sich überraschenderweise als Leishmanien-spezifische CD45RO+ T-Gedächtniszellen herausstellten. Dies war unerwartet, da ein vorheriger Kontakt der Spender mit Leishmanien als unwahrscheinlich gilt. In Gegenwart von apoptotischen Parasiten konnte eine signifikant schwächere T-Zell-Proliferation in Makrophagen, jedoch nicht in dendritischen Zellen beobachtet werden. Da sich die T-Zell-Proliferation negativ auf das Überleben der Parasiten auswirkt, konnten die niedrigsten Überlebensraten in dendritischen Zellen vorgefunden werden. Innerhalb der Zellen befanden sich die Parasiten in beiden Zelltypen im Phagosom, welches allerdings nur in Makrophagen den Autophagie-Marker LC3 aufwies. Chemische Induktion von Autophagie führte, ebenso wie die Anwesenheit von apoptotischen Parasiten, zu einer stark reduzierten T-Zell-Proliferation und dementsprechend zu einem höheren Überleben der Parasiten.rnZusammenfassend lässt sich aus unseren Daten schließen, dass Apoptose in Einzellern vorkommt. Während der Infektion können sowohl Makrophagen, als auch dendritische Zellen mit Leishmanien infiziert und das adaptive Immunsystem aktivert werden. Die eingeleitete T-Zell-Proliferation nach Infektion von Makrophagen ist in Gegenwart von apoptotischen Parasiten reduziert, weshalb sie im Vergleich zu dendritischen Zellen die geeigneteren Wirtszellen für Leishmanien darstellen. Dafür missbrauchen die Parasiten den Autophagie-Mechanismus der Makrophagen als Fluchtstrategie um das adaptive Immunsystem zu umgehen und somit das Überleben der Gesamtpopulation zu sichern. Diese Ergebnisse erklären den Vorteil von Apoptose in Einzellern und verdeutlichen, dass der Autophagie-Mechanismus als potentielles therapeutisches Ziel für die Behandlung von Leishmaniose dienen kann.rn

A metalloproteinase karilysin present in the majority of Tannerella forsythia isolates inhibits all pathways of the complement system

Tannerella forsythia is a poorly studied pathogen despite being one of the main causes of periodontitis, which is an inflammatory disease of the supporting structures of the teeth. We found that despite being recognized by all complement pathways, T. forsythia is resistant to killing by human complement, which is present at up to 70% of serum concentration in gingival crevicular fluid. Incubation of human serum with karilysin, a metalloproteinase of T. forsythia, resulted in a decrease in bactericidal activity of the serum. T. forsythia strains expressing karilysin at higher levels were more resistant than low-expressing strains. Furthermore, the low-expressing strain was significantly more opsonized with activated complement factor 3 and membrane attack complex from serum compared with the other strains. The high-expressing strain was more resistant to killing in human blood. The protective effect of karilysin against serum bactericidal activity was attributable to its ability to inhibit complement at several stages. The classical and lectin complement pathways were inhibited because of the efficient degradation of mannose-binding lectin, ficolin-2, ficolin-3, and C4 by karilysin, whereas inhibition of the terminal pathway was caused by degradation of C5. Interestingly, karilysin was able to release biologically active C5a peptide in human plasma and induce migration of neutrophils. Importantly, we detected the karilysin gene in >90% of gingival crevicular fluid samples containing T. forsythia obtained from patients with periodontitis. Taken together, the newly characterized karilysin appears to be an important virulence factor of T. forsythia and might have several important implications for immune evasion.

HIV-1 Nef interferes with T-lymphocyte circulation through confined environments in vivo

HIV-1 negative factor (Nef) elevates virus replication and contributes to immune evasion in vivo. As one of its established in vitro activities, Nef interferes with T-lymphocyte chemotaxis by reducing host cell actin dynamics. To explore Nef's influence on in vivo recirculation of T lymphocytes, we assessed lymph-node homing of Nef-expressing primary murine lymphocytes and found a drastic impairment in homing to peripheral lymph nodes. Intravital imaging and 3D immunofluorescence reconstruction of lymph nodes revealed that Nef potently impaired T-lymphocyte extravasation through high endothelial venules and reduced subsequent parenchymal motility. Ex vivo analyses of transendothelial migration revealed that Nef disrupted T-lymphocyte polarization and interfered with diapedesis and migration in the narrow subendothelial space. Consistently, Nef specifically affected T-lymphocyte motility modes used in dense environments that pose high physical barriers to migration. Mechanistically, inhibition of lymph node homing, subendothelial migration and cell polarization, but not diapedesis, depended on Nef's ability to inhibit host cell actin remodeling. Nef-mediated interference with in vivo recirculation of T lymphocytes may compromise T-cell help and thus represents an important mechanism for its function as a HIV pathogenicity factor.

Surface antigens and potential virulence factors from parasites detected by comparative genomics of perfect amino acid repeats

ABSTRACT: BACKGROUND: Many parasitic organisms, eukaryotes as well as bacteria, possess surface antigens with amino acid repeats. Making up the interface between host and pathogen such repetitive proteins may be virulence factors involved in immune evasion or cytoadherence. They find immunological applications in serodiagnostics and vaccine development. Here we use proteins which contain perfect repeats as a basis for comparative genomics between parasitic and free-living organisms. RESULTS: We have developed Reptile http://reptile.unibe.ch, a program for proteome-wide probabilistic description of perfect repeats in proteins. Parasite proteomes exhibited a large variance regarding the proportion of repeat-containing proteins. Interestingly, there was a good correlation between the percentage of highly repetitive proteins and mean protein length in parasite proteomes, but not at all in the proteomes of free-living eukaryotes. Reptile combined with programs for the prediction of transmembrane domains and GPI-anchoring resulted in an effective tool for in silico identification of potential surface antigens and virulence factors from parasites. CONCLUSION: Systemic surveys for perfect amino acid repeats allowed basic comparisons between free-living and parasitic organisms that were directly applicable to predict proteins of serological and parasitological importance. An on-line tool is available at http://genomics.unibe.ch/dora.

Detailed analysis of sequence changes occurring during vlsE antigenic variation in the mouse model of Borrelia burgdorferi infection.

Lyme disease Borrelia can infect humans and animals for months to years, despite the presence of an active host immune response. The vls antigenic variation system, which expresses the surface-exposed lipoprotein VlsE, plays a major role in B. burgdorferi immune evasion. Gene conversion between vls silent cassettes and the vlsE expression site occurs at high frequency during mammalian infection, resulting in sequence variation in the VlsE product. In this study, we examined vlsE sequence variation in B. burgdorferi B31 during mouse infection by analyzing 1,399 clones isolated from bladder, heart, joint, ear, and skin tissues of mice infected for 4 to 365 days. The median number of codon changes increased progressively in C3H/HeN mice from 4 to 28 days post infection, and no clones retained the parental vlsE sequence at 28 days. In contrast, the decrease in the number of clones with the parental vlsE sequence and the increase in the number of sequence changes occurred more gradually in severe combined immunodeficiency (SCID) mice. Clones containing a stop codon were isolated, indicating that continuous expression of full-length VlsE is not required for survival in vivo; also, these clones continued to undergo vlsE recombination. Analysis of clones with apparent single recombination events indicated that recombinations into vlsE are nonselective with regard to the silent cassette utilized, as well as the length and location of the recombination event. Sequence changes as small as one base pair were common. Fifteen percent of recovered vlsE variants contained "template-independent" sequence changes, which clustered in the variable regions of vlsE. We hypothesize that the increased frequency and complexity of vlsE sequence changes observed in clones recovered from immunocompetent mice (as compared with SCID mice) is due to rapid clearance of relatively invariant clones by variable region-specific anti-VlsE antibody responses.

Detailed analysis of sequence changes occurring during vlsE antigenic variation in the mouse model of Borrelia burgdorferi infection.

Lyme disease Borrelia can infect humans and animals for months to years, despite the presence of an active host immune response. The vls antigenic variation system, which expresses the surface-exposed lipoprotein VlsE, plays a major role in B. burgdorferi immune evasion. Gene conversion between vls silent cassettes and the vlsE expression site occurs at high frequency during mammalian infection, resulting in sequence variation in the VlsE product. In this study, we examined vlsE sequence variation in B. burgdorferi B31 during mouse infection by analyzing 1,399 clones isolated from bladder, heart, joint, ear, and skin tissues of mice infected for 4 to 365 days. The median number of codon changes increased progressively in C3H/HeN mice from 4 to 28 days post infection, and no clones retained the parental vlsE sequence at 28 days. In contrast, the decrease in the number of clones with the parental vlsE sequence and the increase in the number of sequence changes occurred more gradually in severe combined immunodeficiency (SCID) mice. Clones containing a stop codon were isolated, indicating that continuous expression of full-length VlsE is not required for survival in vivo; also, these clones continued to undergo vlsE recombination. Analysis of clones with apparent single recombination events indicated that recombinations into vlsE are nonselective with regard to the silent cassette utilized, as well as the length and location of the recombination event. Sequence changes as small as one base pair were common. Fifteen percent of recovered vlsE variants contained "template-independent" sequence changes, which clustered in the variable regions of vlsE. We hypothesize that the increased frequency and complexity of vlsE sequence changes observed in clones recovered from immunocompetent mice (as compared with SCID mice) is due to rapid clearance of relatively invariant clones by variable region-specific anti-VlsE antibody responses.

Antigenic variation in Lyme disease spirochetes by segmental recombination of VMP-like sequence cassettes

Lyme disease is a multisystemic disorder caused by tick-borne infection of humans or other mammalian hosts with Borrelia burgdorferi. If untreated, the spirochetes can persist in the mammalian host for months or years. The mechanisms by which Lyme disease spirochetes evade the immune response have not been determined. In this study, we have identified and characterized an elaborate genetic system in the Lyme disease spirochete B. burgdorferi that promotes extensive antigenic variation of a 34-kDa surface-exposed lipoprotein, VlsE. A 28-kilobase linear plasmid of B. burgdorferi B31 (lp28-1) was found to contain a vmp-like sequence (vls) locus that closely resembles the variable major protein (vmp) system for antigenic variation of relapsing fever organisms. The presence of lp28-1 correlates with the high-infectivity phenotype in B. burgdorferi strains tested. Segments of the 15 non-expressed (silent) vls cassette sequences located upstream of vlsE are able to recombine into the centra vlsE cassette region during infection of C3H/HeN mice, resulting in antigenic variation of the expressed lipoprotein. When compared to parental VlsE, VlsE variants progressively accumulate sequence changes during the period of 4, 7, 14, 21, and 28 days post infection in C3H/HeN mice. However, no recombination was detected during the period of 28-day in vitro culture, suggesting in vivo induction of VlsE antigenic variation. Adaptive immune responses do not appear to play a significant role in this induction, since similar recombination events were also observed in immunodeficient SCID mice. The $5\sp\prime$ and $3\sp\prime$ noncassette regions of vlsE are apparently not subject to recombination and sequence variation. The structure and sequence of the silent vls cassette locus is preserved during the process of the VlsE antigenic variation, consistent with a nonreciprocal recombination mechanism. This combinatorial form of antigenic variation could potentially yield millions of VlsE variants in the mammalian host, and thereby contribute to immune evasion, long-term survival, and pathogenesis of B. burgdorferi. ^

Loss of tapasin correlates with diminished CD8(+) T-cell immunity and prognosis in colorectal cancer.

BACKGROUND Tapasin is a crucial component of the major histocompatibility (MHC) class I antigen presentation pathway. Defects in this pathway can lead to tumor immune evasion. The aim of this study was to test whether tapasin expression correlates with CD8(+) cytotoxic T lymphocyte (CTL) infiltration of colorectal cancer (CRC) and overall survival. METHODS A next-generation tissue microarray (ngTMA) of 198 CRC patients with full clinicopathological information was included in this study. TMA slides were immunostained for tapasin, MHC I and CD8. Marker expression was analyzed with immune-cell infiltration, patient survival and TNM-staging. RESULTS A reduction of tapasin expression strongly correlated with venous invasion (AUC 0.682, OR 2.7, p = 0.002; 95% CI 1.7-5.0), lymphatic invasion (AUC 0.620, OR 2.0, p = 0.005; 95 % CI 1.3-3.3), distant metastasis (AUC 0.727, OR 2.9, p = 0.004; 95% CI 1.4-5.9) and an infiltrative tumor border configuration (AUC 0.621, OR 2.2, p = 0.017; 95% CI 1.2-4.4). Further, tapasin expression was associated with CD8(+) CTL infiltration (AUC 0.729, OR 5.4, p < 0.001; 95% CI 2.6-11), and favorable overall survival (p = 0.004, HR 0.6, 95% CI 0.42-0.85). CONCLUSIONS Consistent with published functional data showing that tapasin promotes antigen presentation, as well as tumor immune recognition and destruction by CD8(+) CTLs, a reduction in tapasin expression is associated with tumor progression in CRC.

A Metalloproteinase Mirolysin of Tannerella forsythia Inhibits All Pathways of the Complement System

Recent reports focusing on virulence factors of periodontal pathogens implicated proteinases as major determinants of remarkable pathogenicity of these species, with special emphasis on their capacity to modulate complement activity. In particular, bacteria-mediated cleavage of C5 and subsequent release of C5a seems to be an important phenomenon in the manipulation of the local inflammatory response in periodontitis. In this study, we present mirolysin, a novel metalloproteinase secreted by Tannerella forsythia, a well-recognized pathogen strongly associated with periodontitis. Mirolysin exhibited a strong effect on all complement pathways. It inhibited the classical and lectin complement pathways due to efficient degradation of mannose-binding lectin, ficolin-2, ficolin-3, and C4, whereas inhibition of the alternative pathway was caused by degradation of C5. This specificity toward complement largely resembled the activity of a previously characterized metalloproteinase of T. forsythia, karilysin. Interestingly, mirolysin released the biologically active C5a peptide in human plasma and induced migration of neutrophils. Importantly, we demonstrated that combination of mirolysin with karilysin, as well as a cysteine proteinase of another periodontal pathogen, Prevotella intermedia, resulted in a strong synergistic effect on complement. Furthermore, mutant strains of T. forsythia, devoid of either mirolysin or karilysin, showed diminished survival in human serum, providing further evidence for the synergistic inactivation of complement by these metalloproteinases. Taken together, our findings on interactions of mirolysin with complement significantly add to the understanding of immune evasion strategies of T. forsythia and expand the knowledge on molecular mechanisms driving pathogenic events in the infected periodontium.