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.

Gastrointestinal complications after kidney transplantation

The aim of the study was to evaluate gastrointestinal (GI) complications after kidney transplantation in the Finnish population. The adult patients included underwent kidney transplantation at Helsinki University Central Hospital in 1990-2000. Data on GI complications were collected from the Finnish Kidney Transplantation Registry, patient records and from questionnaires sent to patients. Helicobacter pylori IgG and IgA antibodies were measured from 500 patients before kidney transplantation and after a median 6.8-year follow up. Oesophagogastroduodenoscopy with biopsies was performed on 46 kidney transplantation patients suffering from gastroduodenal symptoms and 43 dyspeptic controls for studies of gastroduodenal cytomegalovirus (CMV) infection. Gallbladder ultrasound was performed on 304 patients after a median of 7.4 years post transplantation. Data from these 304 patients were also collected on serum lipids, body mass index and the use of statin medication. Severe GI complications occurred in 147 (10%) of 1515 kidney transplantations, 6% of them fatal after a median of 0.93 years. 51% of the complications occurred during the first post transplantation year, with highest incidence in gastroduodenal ulcers and complications of the colon. Patients with GI complications were older and had more delayed graft function and patients with polycystic kidney disease had more GI complications than the other patients. H.pylori seropositivity rate was 31% and this had no influence on graft or patient survival. 29% of the H.pylori seropositive patients seroreverted without eradication therapy. 74% of kidney transplantation patients had CMV specific matrix protein pp65 or delayed early protein p52 positive findings in the gastroduodenal mucosa, and 53% of the pp65 or p52 positive patients had gastroduodenal erosions without H.pylori findings. After the transplantation 165 (11%) patients developed gallstones. A biliary complication including 1 fatal cholecystitis developed in 15% of the patients with gallstones. 13 (0.9%) patients had pancreatitis. Colon perforations, 31% of them fatal, occurred in 16 (1%) patients. 13 (0.9%) developed a GI malignancy during the follow up. 2 H.pylori seropositive patients developed gastroduodenal malignancies during the follow up. In conclusion, severe GI complications usually occur early after kidney transplantation. Colon perforations are especially serious in kidney transplantation patients and colon diverticulosis and gallstones should be screened and treated before transplantation. When found, H.pylori infection should also be treated in these patients.

Analyse molekularer Mechanismen der Immundominanz MHC Klasse I-präsentierter Antigene bei Humaner Cytomegalovirus-Infektion

Das Humane Cytomegalovirus (HCMV) ist ein Erreger von großer klinischer Relevanz. Die HCMV-Infektion, die insbesondere bei immunsupprimierten Patienten mit hoher Morbidität und Mortalität assoziiert ist, wird vorwiegend durch CD8+-zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) kontrolliert. Das Tegumentprotein pp65 und das immediate early 1-Protein (IE1) waren als die dominanten CTL-Antigene bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die zur Immundominanz des pp65 führenden molekularen Mechanismen aufzuklären und die Grundlagen für die Analyse der IE1-spezifischen Immunantwort zu erarbeiten. Durch Peptidimmunisierung HLA-A2-transgener Mäuse wurden hochaffine pp65-spezifische CTL-Klone generiert. Für die Generierung ähnlicher CTL-Klone gegen IE1 konnte erstmals ein konserviertes HLA-A2-bindendes Peptid identifiziert werden. Mit Hilfe der pp65-spezifischen CTL-Klone konnte gezeigt werden, dass das durch Viruspartikel in die Zelle eingebrachte pp65 die Erkennung infizierter Zellen durch CD8+-CTL vermittelt. Durch den Nachweis der außergewöhnlichen Stabilität von pp65 in der Zelle gelang es, eine hohe metabolische Umsatzrate als eine Ursache von Immundominanz auszuschließen. Dagegen hob die Blockierung des CRM1-vermittelten nukleären Exportweges durch Zugabe von Hemmstoffen oder Zutransfektion kompetitiver Inhibitoren die Erkennung des pp65 nahezu auf. Hiermit wurde erstmalig eine Abhängigkeit der Präsentation eines immundominanten nukleären Proteins vom nukleozytoplasmatischen Transport nachgewiesen. Die Erkenntnisse dieser Arbeit stellen die Grundlage für die detaillierte Analyse der Zusammenhänge zwischen nukleärem Export und Antigenpräsentation dar.

Optimierung einer partikulären Cytomegalovirus-Vakzine

Pränatale Infektionen mit dem humanen Cytomegalovirus (HCMV) sind die häufigste Ursache frühkindlicher Schädigung, noch vor dem Down-Syndrom oder dem fetalen Alkoholsyndrom. Reaktivierung dieses Herpesvirus ist darüber hinaus als lebensbedrohliche Komplikation in der Transplantationsmedizin gefürchtet. Von Experten wurde daher die Entwicklung einer Vakzine vielfach angemahnt. Trotz unterschiedlicher Ansätze zu ihrer Entwicklung ist bisher jedoch kein Impfstoff verfügbar. Die Verwendung von subviralen Dense Bodies (DB) des Virus als Vakzinegrundlage stellt eine vielversprechende Strategie zur HCMV-Impfstoffentwicklung dar. DB enthalten bereits in ihrer natürlichen Form wichtige Zielantigene der humoralen und zellulären Immunantwort gegen HCMV. Durch gezielte Mutation des 230.000 Basenpaare umfassenden Genoms des HCMV konnte in Vorarbeiten der Beweis erbracht werden, dass DB hinsichtlich ihres antigenen Repertoires optimierbar sind. Allerdings waren Immunogenität und erzielte Ausbeuten noch unbefriedigend. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Ansatz der Verwendung modifizierter DB als Impfstoff-Grundlage weiter zu entwickeln und Erkenntnisse über die für die Partikelbildung entscheidenden molekularen Mechanismen zu erarbeiten. In einem ersten Abschnitt wurde der Ansatz der Modifikation von DB durch Insertion heterologer Peptidantigene in das virale Tegumentprotein pp65 verfeinert. Das pp65 ist die mengenmäßig dominante Komponente von DB. Durch Herstellung und Austestung definierter HCMV Mutanten konnte die Position 175 des pp65 als geeignete Insertionsstelle für virale wie für nicht-virale Antigene identifiziert werden. In einem zweiten Schritt der Arbeit wurde die Rolle des pp65 im Verlauf der viralen Vermehrung und Morphogenese näher untersucht. Grundlage für diese Analysen war eine Virusmutante, die eine dominant-negative Variante des pp65 exprimierte. Vergleichende massenspektrometrische Untersuchungen unter Einbeziehung von pp65-kompetenten und pp65-negativen Virusmutanten zeigten, dass pp65 in der spät-infizierten Zelle mit dem viralen RNA-Exportfaktor pUL69 und der virale Kinase pUL97 komplexiert vorkommt. Das pp65 wurde als Substrat von pUL97 identifiziert. Daneben wurden essentielle Proteine des viralen Replikationsapparates, sowie zelluläre Proteine des RNA-Metabolismus und Transports und virale DNA in diesen Komplexen gefunden. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass pp65 zu späten Zeitpunkten der viralen Infektion zu Stellen viraler DNA rekrutiert wird und dort regulatorisch in posttranskriptionelle Vorgänge von RNA Prozessierung oder RNA Transport eingreift. Die Hypothese, dass pp65 einen regulatorischen Einfluss auf die RNA-Exportfunktion von pUL69 nimmt, liegt nahe und ist nun in weiteren Analysen prüfbar.

Cross-reactive recognition of human and primate cytomegalovirus sequences by human CD4 cytotoxic T lymphocytes specific for glycoprotein B and H

Although the importance of CD4(+) T cell responses to human cytonnegalovirus (HCMV) has recently been recognized in transplant and immunosuppressed patients, the precise specificity and nature of this response has remained largely unresolved. In the present study we have isolated CD4(+) CTL which recognize epitopes from HCMV glycoproteins gB and gH in association with two different HLA-DR antigens, DRA1*0101/DRB1*0701 (DR7) and DRA1*0101/DRB1*1101 (DR11). Comparison of amino acid sequences of HICMV isolates revealed that the gB and gH epitope sequences recognized by human CD4(+) T cells were not only conserved in clinical isolates from HCMV but also in CMV isolates from higher primates (chimpanzee, rhesus and baboon). Interestingly, these epitope sequences from chimpanzee, rhesus and baboon CMV are efficiently recognized by human CD4(+) CTL. More importantly, we show that gB-specific T cells from humans can also efficiently lyse pepticle-sensitized Patr-DR7(+) cells from chimpanzees. These findings suggest that conserved gB and gH epitopes should be considered while designing a prophylactic vaccine against HCMV. In addition, they also provide a functional basis for the conservation of MHC class 11 lineages between humans and Old World primates and open the possibility for the use of such primate models in vaccine development against HCMV.

Tegument Protein Subcellular Localization of Human Cytomegalovirus

To determine the subcellular localization of the tegument proteins pp65, pp71, pp150, and pp28 as fusions to one of several fluorescent proteins. Since these tegument proteins play pivotal roles in several stages of the viral life cycle, knowledge of where and the mechanism of how these proteins localize upon release could result in a better understanding of their function during a lytic infection as well as assist in the development of an effective, novel antiviral treatment.

Membrane associated transporter protein gene (SLC45A2) and the genetic basis of normal human pigmentation variation

This work is concerned with the genetic basis of normal human pigmentation variation. Specifically, the role of polymorphisms within the solute carrier family 45 member 2 (SLC45A2 or membrane associated transporter protein; MATP) gene were investigated with respect to variation in hair, skin and eye colour ― both between and within populations. SLC45A2 is an important regulator of melanin production and mutations in the gene underly the most recently identified form of oculocutaneous albinism. There is evidence to suggest that non-synonymous polymorphisms in SLC45A2 are associated with normal pigmentation variation between populations. Therefore, the underlying hypothesis of this thesis is that polymorphisms in SLC45A2 will alter the function or regulation of the protein, thereby altering the important role it plays in melanogenesis and providing a mechanism for normal pigmentation variation. In order to investigate the role that SLC45A2 polymorphisms play in human pigmentation variation, a DNA database was established which collected pigmentation phenotypic information and blood samples of more than 700 individuals. This database was used as the foundation for two association studies outlined in this thesis, the first of which involved genotyping two previously-described non-synonymous polymorphisms, p.Glu272Lys and p.Phe374Leu, in four different population groups. For both polymorphisms, allele frequencies were significantly different between population groups and the 272Lys and 374Leu alleles were strongly associated with black hair, brown eyes and olive skin colour in Caucasians. This was the first report to show that SLC45A2 polymorphisms were associated with normal human intra-population pigmentation variation. The second association study involved genotyping several SLC45A2 promoter polymorphisms to determine if they also played a role in pigmentation variation. Firstly, the transcription start site (TSS), and hence putative proximal promoter region, was identified using 5' RNA ligase mediated rapid amplification of cDNA ends (RLM-RACE). Two alternate TSSs were identified and the putative promoter region was screened for novel polymorphisms using denaturing high performance liquid chromatography (dHPLC). A novel duplication (c.–1176_–1174dupAAT) was identified along with other previously described single nucleotide polymorphisms (c.–1721C>G and c.–1169G>A). Strong linkage disequilibrium ensured that all three polymorphisms were associated with skin colour such that the –1721G, +dup and –1169A alleles were associated with olive skin in Caucasians. No linkage disequilibrium was observed between the promoter and coding region polymorphisms, suggesting independent effects. The association analyses were complemented with functional data, showing that the –1721G, +dup and –1169A alleles significantly decreased SLC45A2 transcriptional activity. Based on in silico bioinformatic analysis that showed these alleles remove a microphthalmia-associated transcription factor (MITF) binding site, and that MITF is a known regulator of SLC45A2 (Baxter and Pavan, 2002; Du and Fisher, 2002), it was postulated that SLC45A2 promoter polymorphisms could contribute to the regulation of pigmentation by altering MITF binding affinity. Further characterisation of the SLC45A2 promoter was carried out using luciferase reporter assays to determine the transcriptional activity of different regions of the promoter. Five constructs were designed of increasing length and their promoter activity evaluated. Constitutive promoter activity was observed within the first ~200 bp and promoter activity increased as the construct size increased. The functional impact of the –1721G, +dup and –1169A alleles, which removed a MITF consensus binding site, were assessed using electrophoretic mobility shift assays (EMSA) and expression analysis of genotyped melanoblast and melanocyte cell lines. EMSA results confirmed that the promoter polymorphisms affected DNA-protein binding. Interestingly, however, the protein/s involved were not MITF, or at least MITF was not the protein directly binding to the DNA. In an effort to more thoroughly characterise the functional consequences of SLC45A2 promoter polymorphisms, the mRNA expression levels of SLC45A2 and MITF were determined in melanocyte/melanoblast cell lines. Based on SLC45A2’s role in processing and trafficking TYRP1 from the trans-Golgi network to stage 2 melanosmes, the mRNA expression of TYRP1 was also investigated. Expression results suggested a coordinated expression of pigmentation genes. This thesis has substantially contributed to the field of pigmentation by showing that SLC45A2 polymorphisms not only show allele frequency differences between population groups, but also contribute to normal pigmentation variation within a Caucasian population. In addition, promoter polymorphisms have been shown to have functional consequences for SLC45A2 transcription and the expression of other pigmentation genes. Combined, the data presented in this work supports the notion that SLC45A2 is an important contributor to normal pigmentation variation and should be the target of further research to elucidate its role in determining pigmentation phenotypes. Understanding SLC45A2’s function may lead to the development of therapeutic interventions for oculocutaneous albinism and other disorders of pigmentation. It may also help in our understanding of skin cancer susceptibility and evolutionary adaptation to different UV environments, and contribute to the forensic application of pigmentation phenotype prediction.