Leishmania (Viannia) shawi purified antigens confer protection against murine cutaneous leishmaniasis

Leishmania (Viannia) shawi was characterized only recently, and few studies concerning the immunogenic and protective properties of its antigens have been performed. The present study aimed to evaluate the protective potential of the five antigenic fractions isolated from L. (V.) shawi promastigotes in experimental cutaneous leishmaniasis. Soluble antigen from L. (V.) shawi promastigotes was submitted to reverse phase HPLC to purify F1, F2, F3, F4 and F5 antigens. BALB/c mice were immunized once a week for two consecutive weeks by subcutaneous routes in the rump, using 25 mu g protein. After 1 week, groups were challenged in the footpad with L. (V.) shawi promastigotes. After 8 weeks, those same mice were sacrificed and parasite burden as well as the cellular and humoral immune responses were evaluated. F1 and F5-immunized mice restrained lesion progression and parasite load in the skin. However, only the F1 group was able to control the parasitism in lymph nodes, which was associated with low IL-4 and high IFN-gamma production; IgG2a isotype was increased in this group. Immunizations with F2, F3 and F4 antigens did not protect mice. The capability of antigens to restrain IL-4 levels and increase IFN-gamma was associated with protection, such as in immunization using F1 antigen.

Serological detection of Plasmodium vivax malaria using recombinant proteins corresponding to the 19-kDa C-terminal region of the merozoite surface protein-1

Abstract Background Serological tests to detect antibodies specific to Plasmodium vivax could be a valuable tool for epidemiological studies, for screening blood donors in areas where the malaria is not endemic and for diagnosis of infected individuals. Because P. vivax cannot be easily obtained in vitro, ELISA assays using total or semi-purified antigens are rarely used. Based on this limitation, we tested whether recombinant proteins representing the 19 kDa C-terminal region of the merozoite surface protein-1 of P. vivax (MSP119) could be useful for serological detection of malaria infection. Methods Three purified recombinant proteins produced in Escherichia coli (GST-MSP119, His6-MSP119 and His6-MSP119-PADRE) and one in Pichia pastoris (yMSP119-PADRE) were compared for their ability to bind to IgG antibodies of individuals with patent P. vivax infection. The method was tested with 200 serum samples collected from individuals living in the north of Brazil in areas endemic for malaria, 53 serum samples from individuals exposed to Plasmodium falciparum infection and 177 serum samples from individuals never exposed to malaria. Results Overall, the sensitivity of the ELISA assessed with sera from naturally infected individuals was 95%. The proportion of serum samples that reacted with recombinant proteins GST-MSP119, His6-MSP119, His6-MSP119-PADRE and yMSP119-PADRE was 90%, 93.5%, 93.5% and 93.5%, respectively. The specificity values of the ELISA determined with sera from healthy individuals and from individuals with other infectious diseases were 98.3% (GST-MSP119), 97.7% (His6-MSP119 and His6-MSP119-PADRE) or 100% (yMSP119-PADRE). Conclusions Our study demonstrated that for the Brazilian population, an ELISA using a recombinant protein of the MSP119 can be used as the basis for the development of a valuable serological assay for the detection of P. vivax malaria.

Bicistronic DNA vaccines simultaneously encoding HIV, HSV and HPV antigens promote CD8⁺ T cell responses and protective immunity

Millions of people worldwide are currently infected with human papillomavirus (HPV), herpes simplex virus (HSV) or human immunodeficiency virus (HIV). For this enormous contingent of people, the search for preventive and therapeutic immunological approaches represents a hope for the eradication of latent infection and/or virus-associated cancer. To date, attempts to develop vaccines against these viruses have been mainly based on a monovalent concept, in which one or more antigens of a virus are incorporated into a vaccine formulation. In the present report, we designed and tested an immunization strategy based on DNA vaccines that simultaneously encode antigens for HIV, HSV and HPV. With this purpose in mind, we tested two bicistronic DNA vaccines (pIRES I and pIRES II) that encode the HPV-16 oncoprotein E7 and the HIV protein p24 both genetically fused to the HSV-1 gD envelope protein. Mice i.m. immunized with the DNA vaccines mounted antigen-specific CD8⁺ T cell responses, including in vivo cytotoxic responses, against the three antigens. Under experimental conditions, the vaccines conferred protective immunity against challenges with a vaccinia virus expressing the HIV-derived protein Gag, an HSV-1 virus strain and implantation of tumor cells expressing the HPV-16 oncoproteins. Altogether, our results show that the concept of a trivalent HIV, HSV, and HPV vaccine capable to induce CD8⁺ T cell-dependent responses is feasible and may aid in the development of preventive and/or therapeutic approaches for the control of diseases associated with these viruses.

Evaluation of glycoconjugate antigens as vaccine candidates against group A Streptococcus and human immunodeficiency virus infections

This PhD thesis discusses the rationale for design and use of synthetic oligosaccharides for the development of glycoconjugate vaccines and the role of physicochemical methods in the characterization of these vaccines. The study concerns two infectious diseases that represent a serious problem for the national healthcare programs: human immunodeficiency virus (HIV) and Group A Streptococcus (GAS) infections. Both pathogens possess distinctive carbohydrate structures that have been described as suitable targets for the vaccine design. The Group A Streptococcus cell membrane polysaccharide (GAS-PS) is an attractive vaccine antigen candidate based on its conserved, constant expression pattern and the ability to confer immunoprotection in a relevant mouse model. Analysis of the immunogenic response within at-risk populations suggests an inverse correlation between high anti-GAS-PS antibody titres and GAS infection cases. Recent studies show that a chemically synthesized core polysaccharide-based antigen may represent an antigenic structural determinant of the large polysaccharide. Based on GAS-PS structural analysis, the study evaluates the potential to exploit a synthetic design approach to GAS vaccine development and compares the efficiency of synthetic antigens with the long isolated GAS polysaccharide. Synthetic GAS-PS structural analogues were specifically designed and generated to explore the impact of antigen length and terminal residue composition. For the HIV-1 glycoantigens, the dense glycan shield on the surface of the envelope protein gp120 was chosen as a target. This shield masks conserved protein epitopes and facilitates virus spread via binding to glycan receptors on susceptible host cells. The broadly neutralizing monoclonal antibody 2G12 binds a cluster of high-mannose oligosaccharides on the gp120 subunit of HIV-1 Env protein. This oligomannose epitope has been a subject to the synthetic vaccine development. The cluster nature of the 2G12 epitope suggested that multivalent antigen presentation was important to develop a carbohydrate based vaccine candidate. I describe the development of neoglycoconjugates displaying clustered HIV-1 related oligomannose carbohydrates and their immunogenic properties.

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

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

Die Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen

„Synthese von Glycopeptiden und Glycopeptid-Protein-Konjugaten mit einer Partialstruktur des tumorassoziierten Mucins MUC1 zur Entwicklung von Tumorvakzinen“ Das Glycoprotein MUC1 ist in Tumorepithelzellen sonderlich stark überexprimiert und wegen der vorzeitig einsetzenden Sialylierung sind die Saccharid-Epitope der O-Glycanketten stark verkürzt (sog. tumorassoziierte Antigene). Dadurch werden auch bisher verborgene Peptidepitope des Glycoprotein-Rückgrates auf der Zelloberfläche der Epithelzellen zugänglich, die als fremd von den Zellen des Immunsystems erkannt werden können. Dies macht das MUC1-Zelloberfächenmolekül zu einem Zielmolekül in der Entwicklung von Tumorvakzinen. Diese beiden strukturellen Besonderheiten wurden in der Synthese von Glycohexadecapeptiden verbunden, indem die veränderten tumorassoziierten Saccharidstrukturen TN-, STN- und T-Antigen als Glycosylaminosäure-Festphasenbausteine synthetisiert wurden und in das Peptidepitop der Wiederholungseinheit des MUC1 durch Glycopeptid-Festphasensynthese eingebaut wurden. Wegen der inhärenten schwachen Immunogenität der kurzen Glycopeptide müssen die synthetisierten Glycopeptidstrukturen an ein Trägerprotein, welches das Immunsystem stimuliert, gebunden werden. Zur Anbindung der Glycopeptide ist ein selektives Kupplungsverfahren nötig, um definierte und strukturell einheitliche Glycopeptid-Protein-Konjugate zu erhalten. Es konnte eine neue Methode entwickelt werden, bei der die Konjugation durch eine radikalische Additionsreaktion von als Allylamide funktionalisierten Glycopeptiden an ein Thiol-modifiziertes Trägerprotein erfolgte. Dazu wurde anhand von synthetisierten, als Allylamide modifizierten Modellaminosäuren untersucht, ob diese Reaktion generell für eine Biokonjugation geeignet ist und etwaige Nebenreaktionen auftreten können. Mit dieser Methode konnten verschiedene MUC1-Glycopeptid-Trägerprotein-Konjugate hergestellt werden, deren immunologische Untersuchung noch bevorsteht. Das tumorassoziierte MUC1 nimmt in der immundominanten Region seiner Wiederholungseinheit eine knaufartige Struktur ein. Für die Entwicklung von selektiven Tumorvakzinen ist es von großer Bedeutung möglichst genau die Struktur der veränderten Zelloberflächenmoleküle nachzubilden. Durch die Synthese von cyclischen (Glyco)Peptiden wurde dieses Strukturelement fixiert. Dazu wurden olefinische Aminosäure Festphasenbausteine hergestellt, die zusammen mit den oben genannten Glycosylaminosäuren mittels einer Glycopeptid-Festphasensynthese in acyclische Glycopeptide eingebaut wurden. Diese wurden dann durch Ringschlussmetathese zyklisiert und im Anschluss reduziert und vollständig deblockiert. In einem dritten Projekt wurde der Syntheseweg zur Herstellung einer C-Glycosylaminosäure mit einer N-Acetylgalactosamin-Einheit entwickelt. Wichtige Schritte bei der von Glucosamin ausgehenden Synthese sind die Keck-Allylierung, eine Epimerisierung, die Herstellung eines Brom-Dehydroalanin-Derivates und eine B-Alkyl-Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung sowie Schutzgruppenoperationen. Der racemische Baustein konnte dann in der Peptid-Festphasensynthese eines komplexen MUC1-Tetanustoxin-Konjugates eingesetzt werden.

Identifizierung und Charakterisierung von Protein-Biomarkern beim Glaukom

Das Glaukom ist, nach dem Katarakt, die zweithäufigste Ursache für Erblindungen weltweit mit Milionen von Betroffenen, die von dieser zunächst weitgehend symptomfreien neurodegenerativen Erkrankung heimgesucht werden. Die Möglichkeiten auf dem Feld der Diagnose beschränken sich bislang weitestgehend auf die Messung des Augeninnendrucks und der Beurteilung des Augenhintergrundes durch einen erfahrenen Augenarzt. Eine labordiagnostische Prophylaxe ist bis heute nicht verfügbar, die Zahl unerkannter Erkrankungen dementsprechend hoch. Hierdurch geht wertvolle Zeit verloren, die man für eine effektive Therapie nutzen könnte.rnBezüglich der Pathogenese des Glaukoms geht man heute von mehreren, miteinander wechselwirkenden Pathomechanismen aus, zu denen neben mechanischen Einflüssen durch einen erhöhten IOD auch Hypoxie, verminderte Neutrophinversorgung, Exzitotoxizität, oxidativer Stress und eine Beteiligung autoimmuner Prozesse gezählt werden. Unabhängig vom Pathomechanismus folgt stets die Etablierung umfangreicher degenerativer Prozesse im Sehnervenkopf, den retinalen Ganglienzellen und den Axonen des Sehnerven, die letztlich im irreversiblen Untergang dieser Neuronen münden. Diese pathologischen Prozesse im ZNS hinterlassen auf Proteomebene Spuren, die mithilfe moderner massenspektrometrischer Methoden in Kombination mit multivariaten statistischen Methoden detektierbar und als sogenannte Biomarker-Kandidaten mit definiertem Molekulargewicht darstellbar sind. In dieser Arbeit wurde ein „Workflow“ entwickelt, der es ermöglicht, diese Biomarker-Kandidaten im Blutserum und in der Tränenflüssigkeit in einfachen, reproduzierbaren Schritten zu identifizieren und zu charakterisieren. Abweichend von der etablierten Methotik der Bottom-Up-Proteomics musste hierfür eine Methode entsprechend einer Top-Down-Philosophie entwickelt werden, die es erlaubt, die Spuren des Glaukoms im Proteom zu detektieren und zu charakterisieren.rnDies erfolgte in dieser Arbeit durch sowohl massenspektroskopischen Methoden wie SELDI-TOF® und MALDI-Tof-Tof als auch durch Bead-, Gel- und Flüssigkeits-chromatographisch-basierte Separations und Fraktionierungstechniken.rnDie erfolgreiche Kombination dieser Methoden führte zu Identifikationen einer ganzen Reihe von Biomarker-Kandidaten. Unter den identifizierten Proteinen, die bezüglich ihres korrespondierenden SELDI-Peaks im Massenbereich von Biomarker-Kandidaten liegen, finden sich Zytokine und Effektormoleküle der angeborernen Immunität, stressinduzierbare Kinasen, Faktoren, die zum Schutz der Telomeren dienen, Proliferationsmarker, neuronale Antigene und Transportproteine. Darüber hinaus wurden Komponenten identifiziert, die an der neuronalen Neutrophinversorgung beteiligt sind, neuronale Rezeptoren und Antigene, Komponenten des Komplementsystems und des MHC-I-Komplexes. All diese identifizierten Proteine sind bezüglich ihrer Funktion und möglichen Rolle innerhalb der Pathogenese des Glaukoms detailliert beschrieben und charakterisiert. Dies erlaubt einen umfassenden Einblick in alle Pathomechanismen, denen nach heutigem Kenntnisstand, eine Rolle an der Pathogenese des Glaukoms unterstellt wird.rn

Synthese von MUC1-Glycopeptid-Konjugaten mit fluorierten Analoga des Thomsen-Friedenreich-Antigens

Krebserkrankungen gehen oft mit der Überexpression von mucinartigen Glycoproteinen auf der Zelloberfläche einher. In vielen Krebserkrankungen wird aufgrund der fehlerhaften Expression verschiedener Glycosyltransferasen das transmembranständige Glycoprotein MUC1, mit verkürzten Glycanstrukturen, überexprimiert. Das Auftreten der verschiedenen tumor-assoziierten Antigene (TACA) korreliert meist mit dem Fortschreiten des Krebs und der Metastasierung. Daher stellen TACAs interessante Zielmoleküle für die Entwicklung einer aktiven Tumorimmuntherapie zur spezifischen Behandlung von Adenokarzinomen dar. In dieser Arbeit galt das Interesse dem epithelialen Mucin MUC1, auf Basis dessen ein synthetischer Zugang zu einheitlichen Antitumorvakzinen, welche aus mucinanalogen Glyco-peptid¬konjugaten des MUC1 und Carrierproteinen bestehen, hergestellt werden sollten.rnUm eine tumorspezifische Immunantwort zu erhalten, müssen die selbst schwach immunogenen MUC1-Antigene über einen nicht-immunogenen Spacer mit einem geeigneten Trägerprotein, wie Tetanus Toxoid oder Rinderserumalbumin (BSA), verbunden werden. rnDa ein Einsatz von Glycokonjugaten in Impfstoffen durch die metabolische Labilität der O-glycosidischen Bindungen eingeschränkt ist, wurden hierzu erstmals fluorierte Vetreter von MUC1-analogen Glycopeptiden verwendet, in denen das Kohlenhydrat-Epitop durch den strategischen Einbau von Fluor¬atomen gegenüber einem raschen Abbau durch Glycosidasen geschützt werden soll. Dazu wurden auf Basis des literaturbekannten Thomsen-Friedenreich-Antigens Synthesestrategien zur Herstellung eines 2’F- und eines 2’,6’-bisfluorierten-Analogons erarbeitet. rnSchlüsselschritte in der Synthese stellten neben der elektrophilen Fluorierung eines Galactalvorläufers auch die -selektive 3-Galactosylierung des TN-Antigen-Bausteins zum 2’F- und 2’,6’-bisfluorierten-Analogons des TF-Disaccharids dar. Durch entsprechende Schutzgruppentransformationen wurden die beiden Derivate in entsprechende Glycosyl¬amino-säure-Bausteine für die Festphasensynthese überführt.rnNeben den beiden Analoga des TF-Antigens wurde auch erstmals ein 2F-Analogon des 2,6-Sialyl-T-Antigens hergestellt. Dazu wurde der entsprechende 2’F-TF-Baustein mit Sialinsäure-xanthogenat nach bereits bekannten Syntheseprotokollen umgesetzt. Aufgrund von Substanzmangel konnte die Verbindung nicht zur Synthese eines MUC1-Glycopeptid-Analogons herangezogen werden.rnDer Einbau der hergestellten Glycosylaminosäure-Bausteine erfolgte in die aus 20 Amino-säuren bestehende vollständige Wiederholungseinheit aus der tandem repeat-Sequenz des MUC1, wobei die entsprechenden Glycanseitenketten stets in Position 6 eingeführt wurden. Um die erhaltenen Glycopeptide für immunologische Studien an Carrier-Proteine anbinden zu können und so ggf. zu funktionsfähigen Impfstoff-Konjugaten zu gelangen, wurden diese stets N-terminal mit einem nicht-immunogenen Triethylenglycol-Spacer verknüpft. Die anschließende Funktionalisierung mit Quadratsäurediethylester erlaubte die spätere chemoselektive Konjugation an Trägerproteine, wie Tetanus Toxoid oder BSA.rnIn ersten immunologischen Bindungsstudien wurden die synthetisierten BSA-Glycopeptid-Konjugate mit Serum-Antikörpern aus Vakzinierungsstudien von MUC1-Tetanus Toxoid-Konjugaten, die (i) eine natürliche TF-Antigenstruktur und (ii) ein entsprechendes TF-Antigenderivat mit Fluorsubstituenten an C-6 des Galactosamin-Bausteins und C-6’ des Galactoserests tragen, untersucht.rn

Funktionelle Charakterisierung der Protein-Kinase CK2 in der Suppression Th2-vermittelter Immunantworten durch regulatorische T-Zellen

Regulatorische T-Zellen (Tregs) leisten durch ihre suppressiven Eigenschaften einen essenziellen Beitrag zur Aufrechterhaltung der immunologischen Toleranz. Sie verhindern schädliche Immunreaktionen gegen Autoantigene, kommensale Bakterien, sowie harmlose Nahrungsmittel-bestandteile. Gleichzeitig gewährleisten sie die Entwicklung effektiver Immunantworten gegen eindringende Pathogene, wie z.B. Parasiten, Bakterien und Viren. Damit haben Tregs direkten Einfluss auf das Gleichgewicht zwischen Immunität und Toleranz. Fehler in der suppressiven Funktionsweise von Tregs begünstigen daher auf der einen Seite die Entstehung zahlreicher autoimmuner Erkrankungen und Allergien. Auf der anderen Seite können Tregs Immunreaktionen bei chronischen Infektionen reduzieren, sowie die Entstehung effektiver Immunantworten gegen Tumore hemmen. Ihre Beteiligung an der Ätiologie all dieser Krankheiten macht Tregs zu einem bedeutenden potenziellen Zielobjekt, um diese Krankheiten effektiv zu therapieren. Die Erweiterung des Grundwissens um die molekularen Mechanismen der Treg-vermittelten Suppression ist daher ein notwendiger Schritt bei der Entwicklung Treg-basierter Theraphieansätze. 2003 konnte mit Foxp3 ein Transkriptionsfaktor identifiziert werden, der maßgeblich die suppressiven Funktionen von Tregs steuert. Um weiteren Einblick in die der Suppression zugrundeliegenden Signalwege zu erhalten, wurde im Institut für Immunologie ein komparativer Kinomarray durchgeführt, anhand dessen die Casein Kinase 2 (CK2) als eine der aktivsten Kinasen in Tregs identifiziert wurde (Daten freundlicherweise von Prof. Dr. Tobias Bopp bereitgestellt). rnBasierend auf den Ergebnissen des Kinomarrays wurde in dieser Arbeit die Funktion der CK2 in Tregs untersucht. Dabei konnte in in vitro Experimenten die Treg-vermittelte Suppression durch den pharmakologische CK2 Inhibitor DMAT aufgehoben werden. Weil derartige Inhibitoren jedoch nicht absolut spezifisch die Aktivität nur einer Kinase supprimieren, wurden außerdem Mäuse mit konditionalem „knockout“ der CK2β Untereinheit spezifisch in Tregs gekreuzt (CK2βTreg-/- Mäuse). Die Analyse dieser Tiere offenbarte eine essenzielle Beteiligung der CK2 an den suppressiven Funktionen von Tregs. So entwickeln CK2βTreg-/- Mäuse mit zunehmendem Alter Splenomegalien und Lymphadenopathien, von denen in besonderem Maße die Mukosa-assoziierten Lymphknoten betroffen sind. Eine Analyse des Aktivierungsstatus der T-Zellen in den Tieren konnte zudem einen erhöhten Anteil sogenannter Effektor-Gedächtnis T-Zellen aufdecken, die charakteristische Merkmale eines Th2 Phänotyps zeigten. Erhöhte Titer des Antikörperisotyps IgE in den Seren von CK2βTreg-/- Mäusen suggerieren zusätzlich eine fehlerhafte Suppression speziell Th2-vermittelter Immunantworten durch CK2β-defiziente Tregs. In Th2-vermittelten Asthma Experimenten in vivo konnte der Verdacht der fehlerhaften Kontrolle von Th2-Antwort bestätigt werden, wobei zusätzlich aufgedeckt wurde, dass bereits unbehandelte CK2βTreg-/- Mäuse Zeichen einer Entzündungsreaktion in der Lunge aufweisen. Bei der Suche nach den molekularen Ursachen der fehlerhaften Suppression Th2-vermittelter Immunantworten durch CK2β-defiziente Tregs konnten zwei mögliche Erklärungsansätze gefunden werden. Zum einen zeigen CK2β-defiziente Tregs eine verringerte Expression von Foxp3, was, in Analogie zu Ergebnissen der Gruppe von R. Flavell (Wang Y.Y. Nature. 445, 766-770 (2007)), zu einer Konversion von Tregs zu Th2 Zellen und damit zur Entstehung eines Th2-basierten, autoimmunen Phänotyps führt. Des Weiteren weisen CK2β-defiziente Tregs eine reduzierte Expression des Transkriptionsfaktors IRF4 auf, der in Tregs entscheidend für die Kontrolle Th2-basierter Immunreaktionen ist (Zheng Y. Nature. 19; 351-356 (2009)). Die dargelegten Ergebnisse identifizieren die CK2 damit als Kinase, die entscheidend an der Treg-vermittelten Suppression speziell Th2-basierter Immunantworten beteiligt ist. Demnach könnten pharmakologische CK2 Inhibitoren beispielsweise dazu eingesetzt werden, um die Treg-vermittelte Suppression im Rahmen chronischer Parasiten-Infektionen aufzuheben. Die in CK2βTreg-/- Mäusen beobachtete Prävalenz der Funktion der CK2 für Mukosa-assoziierte Organe stellt dabei einen zusätzlichen Vorteil dar, weil systemische Nebenwirkungen, die durch die Blockade der Treg-vermittelte Suppression entstehen, zumindest in nicht-Mukosa-assoziierten Geweben nicht zu erwarten sind.rn

Functional characterization of the placenta specific protein PLAC1 and its use for cancer immunotherapy

Summary Antibody-based cancer therapies have been successfully introduced into the clinic and have emerged as the most promising therapeutics in oncology. The limiting factor regarding the development of therapeutical antibody vaccines is the identification of tumor-associated antigens. PLAC1, the placenta-specific protein 1, was categorized for the first time by the group of Prof. Sahin as such a tumor-specific antigen. Within this work PLAC1 was characterized using a variety of biochemical methods. The protein expression profile, the cellular localization, the conformational state and especially the interacting partners of PLAC1 and its functionality in cancer were analyzed. Analysis of the protein expression profile of PLAC1 in normal human tissue confirms the published RT-PCR data. Except for placenta no PLAC1 expression was detectable in any other normal human tissue. Beyond, an increased PLAC1 expression was detected in several cancer cell lines derived of trophoblastic, breast and pancreatic lineage emphasizing its properties as tumor-specific antigen. rnThe cellular localization of PLAC1 revealed that PLAC1 contains a functional signal peptide which conducts the propeptide to the endoplasmic reticulum (ER) and results in the secretion of PLAC1 by the secretory pathway. Although PLAC1 did not exhibit a distinct transmembrane domain, no unbound protein was detectable in the cell culture supernatant of overexpressing cells. But by selective isolation of different cellular compartments PLAC1 was clearly enriched within the membrane fraction. Using size exclusion chromatography PLAC1 was characterized as a highly aggregating protein that forms a network of high molecular multimers, consisting of a mixture of non-covalent as well as covalent interactions. Those interactions were formed by PLAC1 with itself and probably other cellular components and proteins. Consequently, PLAC1 localize outside the cell, where it is associated to the membrane forming a stable extracellular coat-like structure.rnThe first mechanistic hint how PLAC1 promote cancer cell proliferation was achieved identifying the fibroblast growth factor FGF7 as a specific interacting partner of PLAC1. Moreover, it was clearly shown that PLAC1 as well as FGF7 bind to heparin, a glycosaminoglycan of the ECM that is also involved in FGF-signaling. The participation of PLAC1 within this pathway was approved after co-localizing PLAC1, FGF7 and the FGF7 specific receptor (FGFR2IIIb) and identifying the formation of a trimeric complex (PLAC1, FGF7 and the specific receptor FGFR2IIIb). Especially this trimeric complex revealed the role of PLAC1. Binding of PLAC1 together with FGF7 leads to the activation of the intracellular tyrosine kinase of the FGFR2IIIb-receptor and mediate the direct phosphorylation of the AKT-kinase. In the absence of PLAC1, no FGF7 mediated phosphorylation of AKT was observed. Consequently the function of PLAC1 was clarified: PLAC1 acts as a co-factor by stimulating proliferation by of the FGF7-FGFR2 signaling pathway.rnAll together, these novel biochemical findings underline that the placenta specific protein PLAC1 could be a new target for cancer immunotherapy, especially considering its potential applicability for antibody therapy in tumor patients.

Serodiagnosis of Echinococcus spp. infection: explorative selection of diagnostic antigens by peptide microarray

BACKGROUND: Production of native antigens for serodiagnosis of helminthic infections is laborious and hampered by batch-to-batch variation. For serodiagnosis of echinococcosis, especially cystic disease, most screening tests rely on crude or purified Echinococcus granulosus hydatid cyst fluid. To resolve limitations associated with native antigens in serological tests, the use of standardized and highly pure antigens produced by chemical synthesis offers considerable advantages, provided appropriate diagnostic sensitivity and specificity is achieved. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Making use of the growing collection of genomic and proteomic data, we applied a set of bioinformatic selection criteria to a collection of protein sequences including conceptually translated nucleotide sequence data of two related tapeworms, Echinococcus multilocularis and Echinococcus granulosus. Our approach targeted alpha-helical coiled-coils and intrinsically unstructured regions of parasite proteins potentially exposed to the host immune system. From 6 proteins of E. multilocularis and 5 proteins of E. granulosus, 45 peptides between 24 and 30 amino acids in length were designed. These peptides were chemically synthesized, spotted on microarrays and screened for reactivity with sera from infected humans. Peptides reacting above the cut-off were validated in enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA). Peptides identified failed to differentiate between E. multilocularis and E. granulosus infection. The peptide performing best reached 57% sensitivity and 94% specificity. This candidate derived from Echinococcus multilocularis antigen B8/1 and showed strong reactivity to sera from patients infected either with E. multilocularis or E. granulosus. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: This study provides proof of principle for the discovery of diagnostically relevant peptides by bioinformatic selection complemented with screening on a high-throughput microarray platform. Our data showed that a single peptide cannot provide sufficient diagnostic sensitivity whereas pooling several peptide antigens improved sensitivity; thus combinations of several peptides may lead the way to new diagnostic tests that replace, or at least complement conventional immunodiagnosis of echinococcosis. Our strategy could prove useful for diagnostic developments in other pathogens.

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.

Diesel exhaust particles modulate the tight junction protein occludin in lung cells in vitro

ABSTRACT: BACKGROUND: Using an in vitro triple cell co-culture model consisting of human epithelial cells (16HBE14o-), monocyte-derived macrophages and dendritic cells, it was recently demonstrated that macrophages and dendritic cells create a transepithelial network between the epithelial cells to capture antigens without disrupting the epithelial tightness. The expression of the different tight junction proteins in macrophages and dendritic cells, and the formation of tight junction-like structures with epithelial cells has been demonstrated. Immunofluorescent methods combined with laser scanning microscopy and quantitative real-time polymerase chain reaction were used to investigate if exposure to diesel exhaust particles (DEP) (0.5, 5, 50, 125 mug/ml), for 24 h, can modulate the expression of the tight junction mRNA/protein of occludin, in all three cell types. RESULTS: Only the highest dose of DEP (125 mug/ml) seemed to reduce the occludin mRNA in the cells of the defence system however not in epithelial cells, although the occludin arrangement in the latter cell type was disrupted. The transepithelial electrical resistance was reduced in epithelial cell mono-cultures but not in the triple cell co-cultures, following exposure to high DEP concentration. Cytotoxicity was not found, in either epithelial mono-cultures nor in triple cell co-cultures, after exposure to the different DEP concentrations. CONCLUSION: We concluded that high concentrations of DEP (125 mug/ml) can modulate the tight junction occludin mRNA in the cells of the defence system and that those cells play an important role maintaining the epithelial integrity following exposure to particulate antigens in lung cells.

Antigens of the type-three secretion system of Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida prevent protective immunity in rainbow trout

Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida is the etiologic agent of furunculosis, a frequent and significant disease of fisheries worldwide. The disease is largely controlled by commercial oil adjuvanted vaccines containing bacterins. However, the mechanisms leading to a protective immune response remain poorly understood. The type-three secretion system (T3SS) plays a central role in virulence of A. salmonicida subsp. salmonicida and thus may have an influence on the immune response of the host. The aim of this study was to evaluate the role of the T3SS antigens in mounting a protective immune response against furunculosis. Rainbow trout were intraperitoneally vaccinated in two independent experiments with bacterins prepared from a wild-type A. salmonicida strain and an isogenic strain carrying a deletion in the T3SS (ΔascV). Fish were challenged with the wt strain eight weeks after vaccination. In both trials, the survival rate of trout vaccinated with the ΔascV strain was significantly higher (23-28%) in comparison to the group vaccinated with the wt strain. High-throughput proteomics analysis of whole bacteria showed the ascV deletion in the mutant strain resulted in lower expression of all the components of the T3SS, several of which have a potential immunosuppressive activity. In a third experiment, fish were vaccinated with recombinant AcrV (homologous to the protective antigen LcrV of Yersinia) or S-layer protein VapA (control). AcrV vaccinated fish were not protected against a challenge while fish vaccinated with VapA were partially protected. The presence of T3SS proteins in the vaccine preparations decreased the level of protection against A. salmonicida infection and that AcrV was not a protective antigen. These results challenge the hypothesis that mounting specific antibodies against T3SS proteins should bring better protection to fish and demonstrate that further investigations are needed to better understand the mechanisms underlying effective immune responses against A. salmonicida infection.

K1 protein of human herpesvirus 8 suppresses lymphoma cell Fas-mediated apoptosis.

Expression of the K1 gene of human herpesvirus 8 activates nuclear factor-kappaB and induces lymph node hyperplasia and lymphomas in transgenic mice. To further delineate its role in cell survival, we determined whether K1 altered apoptosis of lymphoma cells. K1 protein is expressed in Kaposi sarcoma and primary effusion lymphoma. We retrovirally transfected BJAB lymphoma, THP-1, U937, and Kaposi sarcoma SLK cells to express K1 and a K1 mutant with the deleted immunoreceptor tyrosine-based activation motif (K1m). We challenged cells with an agonistic anti-Fas antibody, Fas ligand, irradiation, and tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand. K1 transfectants but not K1m transfectants exhibited reduced levels of apoptosis induced by the anti-Fas antibody but not apoptosis induced by the tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand or irradiation. K1 expression resulted in reduced apoptosis rates as shown in several assays. K1 induced a modest reduction in levels of Fas-associated death domain protein, and procaspase 8 recruited to the death-inducing signaling complex. Finally, K1 transfectants cleaved procaspase 8 at significantly lower rates than did K1m transfectants. K1-transfected mice, compared with vector-transfected mice, showed lower death rates after challenge with anti-Fas antibody. K1 may contribute to lymphoma development by stimulating cell survival by selectively blocking Fas-mediated apoptosis.