Die Modifizierung von Proteinsequenzen unter anderem durch den Austausch von Aminosäuren ist ein zentraler Aspekt in evolutionären Prozessen. Solche Prozesse ereignen sich nicht nur innerhalb großer Zeiträume und resultieren in der Vielfalt des Lebens, das uns umgibt, sondern sind auch täglich beobachtbar. Diese mikroevolutionären Prozesse bilden eine Grundlage zur Immunabwehr höherer Wirbeltiere und werden durch das humorale Immunsystem organisiert. Im Zuge einer Immunantwort werden Antikörper wiederholt der Diversifizierung durch somatische Hypermutation unterworfen. Ziele dieser Arbeit waren, neue Kenntnisse über die Mikroevolution von Antikörpern während der Immunantwort zu gewinnen und die Beziehung zwischen Aminosäureaustauschen und Affinitätsänderungen zu verstehen. Zu diesem Zweck wurde zunächst gezeigt, dass die SPOT Synthese eine präzise Methode ist, um Signalintensitäten drei verschiedenen Bindungsaffinitätsklassen zuzuordnen. Antikörper-Peptid Bindungsdaten, die aus SPOT Synthese Experimenten generiert wurden, bildeten die Grundlage zur Konstruktion der Substitutionsmatrix AFFI - der ersten Substitutionsmatrix, die ausschließlich auf Bindungsaffinitätsdaten beruht. Diese bildete die Grundlage für die Gewinnung eines reduzierten Aminosäuresatzes. Durch einen theoretischen Ansatz konnte gezeigt werden, dass der reduzierte Aminosäuresatz eine optimale Basis für die Epitopsuche darstellt. Für den Prozess der somatischen Hypermutation und Selektion wurde ein neuer Ansatz präsentiert, um für die Affinitätsreifung relevante Mutationen zu identifizieren. Die Analyse zeigte, dass das Spektrum der selektierten Mutationen viel umfangreicher ist als bisher angenommen wurde. Die Tatsache, dass auch einige stille Mutationen stark bevorzugt werden, deutet darauf hin, dass entweder die intrinsische Mutabilität stark unterschätzt wurde oder, dass Selektion nicht nur auf Affinitätsreifung von Antikörpern basiert sondern auch auf ihrer Expressionsrate. / A central task of the evolutionary process is the alteration of amino acid sequences, such as the substitution of one amino acid by another. Not only do these amino acid changes occur gradually over large time scales and result in the variety of life surrounding us, but they also happen daily within an organism. Such alterations take place rapidly for the purposes of defense, which in higher vertebrates, is managed by the humoral immune system. For an effective immune response, antibodies are subjected to a micro-evolutionary process that includes multiple rounds of diversification by somatic hypermutation resulting in increased binding affinity to a particular pathogen. The goal of this work was to provide insights into the microevolution of antibodies during the immune response, including the relationship between amino acid substitutions and binding affinity changes. A preliminary step in this work was to determine the accuracy of the SPOT synthesis technique, which could be shown to be an accurate method for assigning measured signal intensities to three different binding affinity classes. A substitution matrix based on data produced with these binding experiments was constructed and named AFFI. AFFI is the first substitution matrix that is based solely on binding affinity. A theoretical approach has additionally revealed that an AFFI-derived reduced set of amino acids constitutes an optimal basis for epitope searching. For the process of somatic hypermutation and selection, a novel approach to identify mutations relevant to affinity maturation was presented. The analysis revealed that the spectrum of mutations favored by the selection process is much broader than previously thought. The fact that particular silent mutations are strongly favored indicates either that intrinsic mutability has been grossly underestimated, or that selection acts not only on antibody affinity but also on their expression rates.

Antikörper gegen Circumsporozoite protein (CSP), ein Oberflächenantigen von Plasmodium falciparum (Pf), können sterile Immunität hervorrufen und dadurch die Entwicklung von Malaria im Tierversuch verhindern. Im Menschen werden protektive B-Zell Gedächtnisantworten gegen CSP durch natürliche Malariaerkrankung bzw. Vakzinierung jedoch nur unzureichend erzeugt. - Für die Entwicklung von Gedächtnis-B-Zellen stellt die Affinitätsreifung, welche durch somatische Immungobulin Hypermutation sowie der nachfolgenden Selektion von B-Zellen mit verbesserter Antigenaffinität charakterisiert ist, eine Schlüsselfunktion in der Generierung von protektiven Immunantworten dar. Wie Affinitätsreifung gegen CSP im Menschen stattfindet ist jedoch nicht bekannt. In dieser Arbeit wird die Affinitätsreifung von CSP Gedächtnis B-Zellen auf Einzelzellebene im Menschen über drei kontrollierte Infektionen mit Pf Sporozoiten unter Chemoprophylaxe untersucht. Durch Hochdurchsatz-Einzelzell-Sequenzierung der Immunoglobulin (Ig) gene loci und der Produktion von rekombinanten monoklonalen Antikörpern gewährt diese Arbeit Einsicht in die Selektion und Affinitätsreifung von humanen Gedächtnis-B-Zell Antworten gegen komplexe Proteinantigene und identifiziert Keimbahn kodierte Immunglobulin Charakteristika, die mit hoher CSP-Affinität und Pf-Inhibition einhergehen. Überraschenderweise zeigen die Daten, dass initiale klonale Selektion von hochaffinen B Zellen eine weitaus wichtigere Rolle als Affinitätsreifung in dieser Infektion spielt. Diese Arbeit zeigt fundamentale Eigenschaften von humanen Gedächtnisantworten in einer komplexen Parasiteninfektion und liefert die Grundlage für ein mögliches Design von neuartigen Immunogenen um hoch-affine B-Zellen gegen CSP effizienter zu induzieren. / Antibodies against the major Plasmodium falciparum (Pf) sporozoite surface protein, circumsporozoite protein (CSP), can mediate sterile immunity thereby preventing malaria disease symptoms as shown by passive transfer in animal models. However, protective anti- CSP memory antibody responses are not efficiently induced by natural Pf exposure or vaccination. Affinity maturation, i.e. the diversification of antigen-activated naïve precursor B cells by a somatic immunoglobulin (Ig) gene mutation process and the subsequent selection of B cells expressing antigen receptors with improved antigen affinity in germinal center reactions is considered key to the formation of protective memory B cell responses. However, how the anti-PfCSP memory B cell response matures in humans is not known. To address this question, the clonal evolution of the human anti-Pf CSP memory B cell response over three successive controlled Pf infections under chemoprophylaxis was assessed at single cell level by high throughput paired full-length Ig gene sequencing and recombinant monoclonal antibody production. The work provides basic insights in the longitudinal development of human memory B cell responses and identified germline-encoded Ig gene features that were associated with high anti-CSP affinity and Pf inhibitory antibody activity. The clonal selection of germline B cells expressing such antibodies, rather than affinity maturation, was associated with high quality anti-PfCSP memory B cell responses. The data provide insights into the evolution of antibody response to a complex protein antigen during infection and a strong rational for the design of novel CSP immunogens to target naïve B cell precursors expressing potent anti-CSP antibodies for the induction of protective memory B cell responses by vaccination.

In der vorliegenden Arbeit werden drei neue Klassen von modular zugänglichen Elektrophilen für die Biokonjugation von Cystein vorgestellt. Diethynyl-phosphinate (DPs) wurden als bisreaktive Elektrophile für die cysteinselektive Markierung von Peptiden, Proteinen und Antikörpern entwickelt. In diesen Molekülen können beide elektronenarmen Dreifachbindungen unter physiologischen Bedingungen mit Thiol-Nukleophilen reagieren und die erhaltenen Konjugate sind in menschlichem Plasma und in Gegenwart großer Mengen an reduziertem Glutathion stabil. Darüber hinaus wurden DPs in der selektiven Herstellung verschiedener Protein-(Doppel)-Konjugate angewandt. Neben der klassischen Proteinmodifikation können DPs auch zur kovalenten Verbrückung der Disulfidbrücken von Antikörpern eingesetzt werden. Weiters wurde mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen werden Ethinyl-triazolyl-phosphinate (ETP) als eine neue Klasse hochreaktiver Elektrophile für die Cystein-Biokonjugation entdeckt. Die Berechnungen zeigen, dass sowohl die elektronenziehenden als auch die π-Elektronen donierenden Eigenschaften des Triazolrings die Reaktivität erhöhen. Vor allem aber wird gezeigt, dass ETP-Elektrophile über die chemoselektive Cu(I)-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition in ein azidhaltiges Molekül eingebaut werden können. Da diese Reaktion problemlos in wässrigen Puffersystemen abläuft, konnte eine Vielzahl funktioneller Elektrophile, einschließlich elektrophiler Peptide und Proteine, aus DPs erzeugt werden. Schließlich wurden Diethinylphosphinoxide als chemoselektive Reagenzien zur Disulfidvererbrückung untersucht. Insbesondere Diethinyl-Triazolyl-Phosphinoxide (DTP) sind vielversprechende Kandidaten, da sie die modulare Synthese von ETP-Elektrophilen mit den beiden reaktiven Gruppen in DPs kombinieren. Die Fähigkeit der DTP-Reagenzien, Disulfide zu verbrücken, wurde durch die Bildung mehrerer funktioneller Antikörperkonjugate gezeigt. / The present work introduces three new classes of modular accessible electrophiles for cysteine bioconjugation. Diethynyl-phosphinates (DPs) were developed as bisreactive electrophiles for the cysteine-selective modification of peptides, proteins and antibodies. Both electrophilic alkynes can react with thiol-nucleophiles under physiological conditions. The corresponding double-conjugates are stable in human plasma and in the presence of a large excess reduced glutathione. Furthermore, the general applicability of diethynyl phosphinates for cysteine selective bioconjugation was established by the generation of various protein-(double)-conjugates and their application in cell experiments. Additionally, DPs can be employed to covalently rebridge the interchain disulfides of therapeutically relevant IgG1 antibodies. Furthermore, with the help of density functional theory based calculations, ethynyl-triazolyl-phosphinates (ETP) were discovered as a new class of highly reactive electrophilic warheads for cysteine bioconjugation. According to the calculations, both the electron withdrawing as well as the π-electron donating properties of the triazole-ring enhance the reactivity of the electrophile. Most importantly, it was demonstrated that ETP electrophiles can be incorporated into a given azide containing molecule via the chemoselective CuI-catalyzed azide alkyne cycloaddition. ETP-reagents were used to obtain functional peptide-, protein- and antibody-conjugates, as well as site-specifically linked diubiquitins. Finally, diethynyl phosphine oxides were explored as chemoselective reagents for disulfide rebridging. Especially diethynyl-triazolyl-phosphine oxides (DTP) are promising candidates since they combine the modular synthesis of ETP-electrophiles with the two reactive groups present in diethynyl phosphinates. The capability of DTP-reagents to rebridged disulfides was proven by the formation several functional antibody conjugates.

Therapeutische Erfolge von IVIG sind gut dokumentiert, aber die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen sind noch nicht vollständig erforscht. Molekulare Analysen unseres Labors über die Interaktion von IVIG mit Fabs von Patienten, die an einer autoimmunen Thrombozytopenie (ITP) leiden zeigten, dass die am häufigsten selektierten Fab von den V3-23 und V3-30 VH-Keimbahngenen abstammten. Eine weitere Studie mit IgG und IgM Phagen-Display Bibliotheken von einem gesunden Spender zeigten ebenfalls eine bevorzugte Reaktivierung von IVIG mit Fabs vom Ursprung der V3-23 und V3-30 Gene. Es konnte gefolgert werden, dass diese Interaktion von IVIG mit Fabs von diesen zwei VH-Genen weder alleine auf den Gesundheitsstatus des Spenders zurückzuführen war, noch auf eine zuvor erfolgte Behandlung mit IVIG. Diese Dissertation wurde unter Verwendung der Phagen-Display Technologie unternommen, um die molekulare Interaktion von IVIG mit Antikörpern zu erforschen, die von einem Patienten kloniert wurden, der an einem systemischen Lupus erythematodes und rheumatischem Fieber leidet. Die Resultate waren mit den früheren Studien zu vergleichen, insbesondere mit den Daten eines Patienten, der zu der ITP einen Lupus entwickelte. 23 Fabs, welche 7 unabhängige Klone repräsentierten, wurden isoliert. Im Gegensatz zu von Patienten mit ITP abstammenden Klonen reagierte keines von den in dieser Studie selektierten Fabs mit Thrombozyten. Die über IVIG gebundene Fab-Phagen stammten hierbei ausschließlich von den V3-23 und V3-30 VH-Genen ab. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass von diesen Fabs verschiedene CDR3 Regionen einschließlich verschiedenen D- und JH-Gensegmenten benutzt wurden. Die Ergebnisse zeigten weiterhing, dass die Bindung von IVIG an die Fabs unabhängig von der Leichten Kette war. Ihrem Keimbahngen-Ursprung entsprechend hatten die Fabs Aminosäuren an Positionen in den FR1, FR3 und im 3'-Ende von CDR2, die dafür bekannt sind, dass sie für die Bindung des B-Zell-Superantigens Staphylococcus Protein A (SpA) essentiell sind. Es wurde gezeigt, dass sich zwar einige von den Fabs stark an SpA banden, aber keine Korrelation in der Intensität zur Bindung mit IVIG vorlag. Einige Fabs zeigten eine schwache Bindung an HIV gp120, einem anderen B-Zell-Superantigen. Zusammenfassend lässt sich aus der vorliegenden Studie und den vorherigen Ergebnissen schließen, dass ein Anteil von IVIG wie ein B-Zellen Superantigen funktionieren könnte, das für die Bildung und Regulation des normalen B-Zellen Repertoires wichtig ist. Der Bindungsmechanismus scheint ähnlich, aber nicht identisch mit dem der anderen getesteten B-Zellen-Superantigene zu sein. / The beneficial therapeutic effects of IVIG are well documented, but the underlying molecular mechanisms are not fully understood. Recent investigations from our laboratory into the molecular analysis of Fabs bound by IVIG from patients suffering from autoimmune thrombocytopenia revealed that the most frequently selected Fabs originated from the V3-23 and V3-30 VH germline genes. A subsequent study with IgG and IgM phage display libraries from a healthy donor also demonstrated a preferential reactivity of IVIG to Fabs of V3-23 and V3-30 origin. That study revealed that the unique reactivity of IVIG to Fabs of these two VH gene loci was not restricted to the autoimmune nature of the donors, neither to previous treatment with IVIG. One of the thrombocytopenia patients developed lupus. This study was undertaken to study the molecular interaction of IVIG with antibodies selected from a patient suffering from systemic lupus erythematosus and rheumatic fever using phage display technology, and to compare the results with the previous studies. Twenty-three Fabs representing seven independent clones were isolated. In contrast to ITP-derived clones, none of the Fabs selected in this study reacted with platelets. The Fab phages bound by IVIG were sequenced in order to determine their VH gene usage and clonal relatedness. V3-23 and V3-30 VH genes were found to be exclusively utilized by the Fab phages bound by IVIG. Moreover, different CDR3 regions including different D and JH gene segments were observed to be used by these Fabs. The results further showed that the binding of IVIG to the Fabs was independent of the light chain since different light chains were observed to be associated with the VH3 immunoglobulins. Detailed sequence analysis of the Fabs revealed the presence of amino acid residues at positions within FR1, FR3, and the 3' end of CDR2 that are known to be contacted by the B cell superantigen Staphylococcus protein A (SpA). Some of the Fabs were shown to bind strongly to SpA, but there was no correlation with the binding-intensity to IVIG. Some bound very weakly to HIV gp120, another B cell superantigen. This study, together with previous results, suggests that a subset of IVIG may function as a B cell superantigen that may significantly shape the B cell repertoire. The binding mechanism appears to be similar but not identical to the other tested B cell superantigens.

Die humorale Immunantwort eines Organismus auf ein Pathogen äußert sich in einer Veränderung des Antikörperrepertoires. Eine quantitative Untersuchung dieses Prozesses erfordert aufgrund der enormen Komplexität des Immunsystems, die Verwendung von Hochdurchsatztechniken, wie Peptid-Mikroarrays. Bisher gibt es nur wenige Studien, die die Verlässlichkeit von Mikroarray-Bindungsmessungen untersuchen. In dieser Arbeit werden Bewertungskriterien für die Qualität von Antikörper-Peptid-Bindungsstudien unter Verwendung der Peptid-Mikroarraytechnologie herausgearbeitet, mit dem Ziel, diese Hochdurchsatzmethode für qualitative und quantitative Antikörper-Peptid-Bindungsmessungen zu optimieren. Anhand eines Modellsystems, das aus dem monoklonalen anti-p24 (HIV-1) Antikörper CB4-1 und 26 verschiedenen Peptiden, die mit unterschiedlicher Affinität an CB4-1 binden, besteht, werden systematisch die Bindungsdissoziationskonstanten der jeweiligen Antikörper-Peptid-Komplexe mit den durch Peptid-Mikroarray-Bindungsmessungen erhaltenen Signalintensitäten verglichen. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit die Messung von Serumantikörperbindungsprofilen gegenüber Zufallspeptidbibliotheken als Methode der serologischen Diagnostik verwendet. Anhand dreier Beispieldatensätze wird die serologische Diagnose von Infektionskrankheiten, Autoimmunkrankheiten und von Krebs mittels Zufallspeptid-Mikroarrays demonstriert. Mithilfe von Merkmalsselektion werden Peptide selektiert, die besonders geeignet sind, um zwischen gesunden und kranken Individuen zu unterscheiden. Besondere Bedeutung wird der Untersuchung der Robustheit der Methode gegenüber schwankenden experimentellen Bedingungen beigemessen. Die vorliegende Arbeit gibt Aufschluss über vorhandene Probleme der Mikroarray-Technologie, stellt Lösungsansätze vor und arbeitet bedeutende Weiterentwicklungen auf dem Weg hin zu einer minimal-invasiven serologischen Diagnostik heraus, die kein a priori Wissen über Antigene voraussetzt. / The humoral immune response to a pathogen is associated with specific changes in the antibody repertoire. Because of the enormous complexity of the immune system, a quantitative determination of this process requires high-throughput measuring tools, such as the peptide microarray technology. There are only few reports that determine the technological reliability of peptide microarray studies. By using a model system, composed of the anti-p24 (HIV-1) monoclonal antibody CB4-1 and an array of 26 different peptides for which the CB4-1 binding affinity has independently been measured, the dissociation constants of antibody-peptide complexes are systematically compared with obtained signal intensities. The assignment of serum-antibody binding profiles using random peptide microarrays for the purpose of serological diagnostics constitutes a major part of this work. By means of three sample data sets, the ability of random peptide microarrays to serve as method of serological diagnosing infectious diseases, autoimmune diseases and cancer is demonstrated. By means of feature selection, the peptides that are exceptionally appropriate to discriminate between the investigated groups are identified. This study attaches special importance to the reliability and robustness of extracted microarray data. This thesis indicates present problems of the peptide microarray technology and presents further developments on the way to minimal-invasive serological diagnostics that do not require any a priori knowledge about antigens, and thus about the investigated diseases.

CD4+ T-Helferzellen (Th) entwickeln sich zu Th1 und Th2 Zellen, die nach ihrer Funktion und Zytokinexpression eingeteilt werden. Die differentielle Induktion von Th Zellen, die Th1 oder Th2 Zytokine exprimieren, ist der Schlüssel zur Regulation von Immunantworten bei Infektionskrankheiten, Allergien und Autoimmunerkrankungen. Daher können stabil exprimierte Oberflächenmoleküle, die spezifisch für die funktionell unterschiedlichen Th Zellen sind, von besonderer Bedeutung für die Analyse und selektive funktionelle Modulation von Th Subtypen sein und erlauben es neue therapeutische Strategien für die Behandlung von allergischen und Autoimmunerkrankungen zu etablieren. TIM-3 wurde kürzlich identifiziert als ein Molekül, welches selektiv auf der Oberfläche von Th1 Zellen exprimiert wird und welches möglicherweise eine Rolle bei der Induktion von Autoimmunerkrankungen spielt. Um monoklonale Antikörper gegen humanes TIM-3 zu produzieren, wurde die humane TIM-3 cDNA von in vitro generierten dendritischen Zellen kloniert. Der extrazelluläre Teil des Gens wurde in den prokaryotischen Expressionsvektor pQE100S insertiert und in E.coli BL21(DE3) exprimiert. Die gesamte codierende Sequenz wurde in den eukaryotischen Expressionsvektor pIRES2EGFP subkloniert und auf der Oberfläche von Säugetierzellen exprimiert. Stabile Transfektanten der CHO-K1 und HEK293 Zelllinie wurde etabliert. Die Balb/c Mäuse wurden mit löslichem und unlöslichem rekombinanten humanem TIM-3 sowie mit stabilen Transfektanten für humanes TIM-3 immunisiert. Milzzellen dieser Tiere wurden mit der Myelomzelllinie P3 X 63 Ag8.653 fusioniert. Die entwickelten Hybridome wurden im ELISA und mittels FACS auf Spezifität gegen humanes TIM-3 hin untersucht. Ein Klon der generierten Hybridome war positiv im ELISA zeigte jedoch kein Signal gegen TIM-3 auf der Oberfläche von Zellen. / CD4+ T helper (Th) cells develop into effector Th1 and Th2 cells, which are frequently categorized according to their function and cytokine expression. The differential induction of Th cells expressing Th1 or Th2 cytokines is key to the regulation of immune responses by infectious diseases, allergies and autoimmnune diseases. Thus, stably expressed surface molecules, significant for functionally different types of Th cells could be of utmost importance for the analysis and selective functional modulation of Th subsets and provide new therapeutic strategies for the trestment of allergic or autoimmune diseases. TIM-3 was recently identified as a molecule that is selectively expressed on the surface of Th1 cells and that may have a role in the induction of autoimmune disease. To produce monoclonal antibody of human TIM-3, the human TIM-3 cDNA was cloned from in vitro generated dendritic cells. The extracellular domain of human TIM-3 was inserted into prokaryotic expression vector pQE100S and expressed in E.coli BL21(DE3). The whole coding region was subcloned into eukaryotic expression vector pIRES2EGFP and expressed on the surface of mammalian cells. The stable transfectants of CHO-K1 and HEK-293 cell line was established. The BALB/c mice were immunized with soluble and insoluble recombinant human TIM-3 and also with stable transfectants. Splenocytes were fused with P3 X 63 Ag8.653 myeloma cells. The generated hybridomas were tested in ELISA and FACS for specificity against human TIM-3. A generated clone was positive in ELISA but did not respond to the TIM-3 molecule on the cell surface.

Rituximab (IDEC C2B8) ist ein chimärer monoklonaler Antikörper, der gegen das CD20-Antigen auf B-Lymphozyten gerichtet ist. In klinischen Studien konnten Ansprechraten von 50 Prozent bei Patienten mit niedrigmalignen NHL erzielt werden [61, 62]. Bei den hochmalignen NHL waren die Ansprechraten geringer, doch auch hier konnte eine therapeutische Wirksamkeit von Rituximab nachgewiesen werden [108]. Der genaue Wirkungsmechanismus, durch welchen Rituximab seinen therapeutischen Effekt erzielt, ist weiterhin nicht vollständig geklärt. Hauptsächlich werden dabei Apoptose, Komplement-vermittelte zelluläre Zytotoxizität (CDC) und die Antikörper-vermittelte Zytotoxizität (ADCC) diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurde in vitro die Proliferationsinhibition und die Komplement-vermittelte zelluläre Zytotoxizität durch Rituximab an verschiedenen humanen B-Zellinien geprüft. Anschließend wurde die in vivo-Komplementaktivierung während einer Rituximab-Infusion untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Rituximab in vitro eine unterschiedliche Wirksamkeit bei verschiedenen Lymphomzellinien aufweist. Durch Zugabe von humanem Komplement konnte bei zwei Zellinien eine Rituximab-induzierte CDC beobachtet werden. Bei sechs von zehn Patienten mit unterschiedlichen NHL wurde in vivo ein Anstieg der C3a-desArg-Konzentration im Plasma beobachtet. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Komplementsystem ein wichtiger Mechanismus für die Wirkung von Rituximab zu sein scheint. Die klinischen Erfolge sind viel versprechend, zeigen jedoch auch, dass der therapeutische Nutzen von Rituximab als Monotherapie begrenzt ist. Derzeit laufende prospektive Studien untersuchen die Wirksamkeit von Rituximab in Kombination mit verschiedenen Chemotherapeutika [106, 107]. Erste Ergebnisse sind viel versprechend, doch es bleibt abzuwarten, ob sich diese Ergebnisse auch langfristig in einer Verbesserung der Überlebensrate widerspiegeln. / The chimeric anti-CD20 monoclonal antibody rituximab is a new therapeutic tool for treatment of relapsed B-cell lymphomas. Because rituximab mediates complement-dependent cellular cytotoxicity (CDCC) and antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) in the lymphoblastoid cell line SB, it is suggested, that these two mechanisms are responsible for the in vivo antilymphoma effect. We tested the antiproliferative effect of rituximab in 6 CD20 positive human B cell lymphoma cell lines. In the follicular lymphoma cell line, DOHH-2, 1 µg/ml rituximab induces an inhibition of proliferation of 75.5 % (n=5), and in the diffuse large cell lymphoma cell line, Daudi, an inhibition of proliferation of 27.3 % (n=5). No effect was seen in the prelymphocytic leukemia cell line, JVM-2, the hairy cell leukemia cell line, Bonna-12, or the two high-grade lymphoma cell lines, Granta-519 and Raji. To test, whether complement increases the effect of rituximab, we studied the combination of rituximab plus complement. Guinea pig complement (dilution 1:10) increases the inhibitory effect of rituximab on the proliferation of Daudi cells. The degradation product C3a(desArg) is produced during complement cascade activation and could be used as a sensitive and specific marker of complement activation in vivo. So, we measured plasma C3a(desArg) concentration in two CLL patients receiving rituximab monotherapy. In one patient, no increase of plasma C3a(desArg) concentration could be measured during infusion of rituximab. In the other patient, in two treatment cycles C3a(desArg) increases drastically after 2 h of rituximab infusion. We conclude differential in vitro and in vivo effects of rituximab on CD20 positive lymphoma cells. Rituximab inhibits in vitro the proliferation of follicular and diffuse large cell lymphoma cells, which could be amplified by complement in Daudi cells. Furthermore, rituximab mediates in vivo complement cascade activation, highly suggestive of in vivo CDCC.

Die Transplantation von porzinen Organen könnte eine Lösung des akuten Mangels von Allotransplantaten in der Transplantationsmedizin darstellen. Bevor die Xenotransplantation klinische Realität werden kann, sind jedoch zahlreiche Hürden zu überwinden. Insbesondere die mögliche Übertragung porziner endogener Retroviren (PERVs), die integraler Bestandteil des porzinen Genoms sind, stellt ein mikrobiologisches Risiko dar. PERVs können humane Zellen in vitro produktiv infizieren. Mögliche Strategien zur Abwehr von Xenosen sind die Verwendung von PERV-knockout Tieren oder die Entwicklung eines effektiven Impfstoffes, durch den der Transplantatrezipient vor einer möglichen Übertragung geschützt werden kann. Dazu wurden Antiseren gegen die Hauptstrukturproteine von PERV generiert. Es konnte gezeigt werden, dass in Ziegen und Ratten durch Immunisierung mit der rekombinant generiereten Ektodomäne des transmembranen Hüllprotein p15E neutralisierende Antikörper induziert werden konnten. Die Epitopkartierung der induzierten Antikörper zeigt eine Bindung an eine Domäne im N-terminalen, nahe des Fusionspeptids (E1, GPQQLEK) und eine Domäne im C-terminalen, membranproximalen (E2, FEGWFN) Bereich der p15E-Ektodomäne. Diese Sequenzen sind in allen PERVs identisch und innerhalb der Gammaretroviren hochkonserviert. Aus AIDS-Patienten isolierte neutralisierende Antikörper (mAb2F5: ELDKWA, mAb4E10: LWNWFN) binden ebenfalls an den C-terminalen Bereich der Ektodomäne des Transmembranproteins gp41. Der Bindungsmechannismus dieser Antikörper wurde in ELISA-Experimenten und in vitro-Inhibitionsassays analysiert. Die Ergebnisse legen die Bindung eines Konformationsepitopes nahe, das aus der E1 und der E2 Domäne gebildet wird. Die Aufklärung des Bindungsmechnismus breit neutralisierender Antikörper gegen Transmembranproteine von Retroviren könnte die Basis für neue Impfstoffansätze darstellen. / Porcine xenotransplants may offer a potential solution to the problem posed by the limited supply of allotransplants. However, xenotransplantation may be associated with the risk of transmission of microorganisms, in particular of porcine endogenous retroviruses (PERVs) that are an integral part of the porcine genome and able to infect human cells in vitro. Possible strategies to prevent virus transmission include the development of PERV knockout animals or of effective vaccines. When antisera prepared against the main structural proteins of PERV were screened, goat and rat antisera against the recombinant ectodomain of the transmembrane envelope protein p15E were found to neutralize PERV infectivity. Epitope mapping using overlapping peptides revealed two epitopes, one near the fusion peptide (E1, GPQQLEK) and the other near the transmembrane domain (E2, FEGWFN). These sequences are identical for all PERVs and are highly conserved among all gammaretroviruses. Interestingly, neutralizing antibodies isolated from AIDS patients that recognize regions partially homologous with E2 (mAb4E10, LWNWFN) or located in close proximity to E2 (mAb2F5, ELDKWA) are known to neutralize a broad range of HIV-1 strains. The binding mechanisms of these HIV neutralizing antibodies were analyzed in ELISA experiments and in vitro inhibition assays. The results indicate that the two most broadly reactive HIV-1 envelope gp41 human mAbs are specific for a discontinuous epitope composed of the E1 and the E2 domain. If so, these two transmembrane protein domains in different retroviruses act as effective targets for neutralizing antibodies and may provide the basis for effective antiretroviral vaccines.

Apoptoseresistenzmechanismen spielen bei der Pathogenese maligner Lymphome eine zentrale Rolle. So konnte bei Hodgkin/Reed-Sternbergzellen eine Deregulation des Transkriptionsfaktors NF-_B beobachtet werden, die zu verstärkter Apotoseresistenz führt und so zum malignen Wachstum dieser Zellen wahrscheinlich entscheidend beiträgt. Es konnte gezeigt werden, dass die selektive Blockade von NF-_B sowohl zu erhöhter Apoptosesensitivität als auch zur Inhibition der Zellzyklusprogression in kultivierten Hodgkinzellen führt. Der genaue molekulare Mechanismus der NF-_B-Deregulation in Hodgkinzellen ist jedoch noch unklar. Apoptoseresistenzmechanismen sind nicht nur bei der Pathogenese maligner Lymphome, sondern auch bei der Entstehung von Therapieresistenz von Bedeutung. So konnte gezeigt werden, dass die Überexpression proapoptotischer Gene der bcl-2 Familie in resistenten malignen Zellen sowohl die Empfindlichkeit gegenüber Zytostatika als auch gegenüber Antikörperbehandlung wiederherstellen kann. Neben der bcl-2 Familie spielt wahrscheinlich auch das Apo-I/Fas-System eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Zytostatikaresistenz und immunologischer Resistenz. Somit stellt neben der Überexpression des P-Glykoproteins (MDR1), das als transmembranes "Pumpenprotein" Zytostatika aus der Tumorzelle heraustransportieren kann, die Deregulation Apoptose-steuernder Gene einen weiteren wichtigen Therapie-Resistenzmechanismus dar. Eine Möglichkeit, intrazelluläre Resistenzmechanismen zu umgehen, stellt die indirekte Induktion von Zelltod mit Hilfe bispezifische Antikörper dar. Durch diese Moleküle kann eine T-Zell-vermittelte Zellyse von Lymphomzellen erreicht werden. / Resistance towards apoptosis plays an important role in the pathogenesis of malignant lymphomas. It could be demonstrated that deregulation of the transcription factor NF-kB is a common molecular defect of Hodgkin/Reed-Sternberg cells that leads to enhanced resistance towards apoptosis and therefore probabaly contributes to the malignant growth of these cells. It couldbe shown that blocking of NF-kB leads to increased sensitivity towards apoptosis and decreased cell cycle progression. The precise molecular mechanism that leads deregulation of NF-kB is still unknown. Besides its role in the pathogenesis of malignant lymphoma resistance towards apoptosis plays an important role in the development of drug resistance. It could be shown that overexpression of pro-apoptotic members of the bcl-2 family in resistant tumor cells can restore sensitivity towards both cytotoxic drugs as well as antibody treatment. In addition to the bcl-2 family the Apo-I/Fas system is also involved in the development of drug resistance. Thus, besides overexpression of p-glycoprotein (MDR-1) that might pump cytotoxic drugs out of a malignant cell deregulation of apoptosis regulating genes is another important mechanisms of drug resistance development. One possibility to overcome drug resistance is the induction of cell death via bispecific antibodies. These molecules can induce T cell mediated lysis of lymohoma cells.

In dieser Arbeit wurde die Affinitätsreifung des murinen anti-c-myc-Peptid-Antikörpers 9E10 analysiert. Hierfür wurden Fab-Fragmente mit Keimbahnrückmutationen gentechnisch hergestellt und in ihrem Bindungsverhalten zum humanen c-myc-Peptid charakterisiert. Das von 9E10 erkannte Epitop besitzt die Aminosäuresequenz EQKLISEEDLLRKR mit den darin sehr selektiv erkannten Schlüsselpositionen LISEXXL.Der 3300-fache Affinitätsgewinn während der 9E10-Reifung kommt sowohl durch eine Zunahme der Assoziations- als auch durch eine Abnahme der Dissoziationsgeschwindigkeit des Komplexes zustande. Der Affinitätsgewinn resultiert weniger aus zusätzlichen Kontakten des Antikörpers zum Peptid, sondern vor allem aus der Beeinflussung der Konformation und/oder der Flexibilität der an der Bindung beteiligten CDRs. Die außergewöhnlich lange CDR-H3 liefert einen wesentlichen Beitrag zur Affinitätsreifung. Die variable leichte Domäne dient dabei mit der langen CDR-L1 und -L3 als eine Bindungsplattform für die flexible CDR-H3. Änderungen in der Spezifität von 9E10 sind vorrangig auf die Reifung der variablen schweren Domäne zurückzuführen. Dabei ist die selektive Erkennung der Schlüsselpositionen im Peptid im Anfangsstadium der Affinitätsreifung von 9E10 stark ausgeprägt. / In this work the affinity maturation of the murine anti c-myc-peptide antibody 9E10 was analysed. Therefore Fab fragments with reversed mutations directed towards germline genes were genetically produced and characterised for their binding to the human c-myc peptide. The epitope recognized by 9E10 consists of the amino acid sequence EQKLISEEDLLRKR of which the key positions LISEXXL are very selectively recognized. The maturation of 9E10 leads to a 3300-fold higher affinity, which is achieved by a faster association as well as by a slower dissociation of the complex. For the gain in affinity formation of additional contacts to the peptide is less important than conformational and/or flexibility changes of the CDRs which are involved in binding. The exceptionally long CDR-H3 contributes essentially to the affinity maturation. The variable light domain serves thereby with its long CDR-L1 and -L3 as a binding platform for the flexible CDR-H3. Changes in specificity of 9E10 are primarily due to maturation of the variable heavy domain. Selective recognition of the key positions in the peptide is already highly pronounced in the initial stage of affinity maturation of 9E10.