Immunologische Gedächtnisreaktionen sind die Grundlage um wiederkehrende Erreger schnell und effizient zu bekämpfen und um einen Impfschutz zu generieren. Das zellvermittelte Gedächtnis wird unter anderem durch CD8 Gedächtnis-T-Zellen aufgebaut, welche vor allem im Kontext von Immunreaktionen gegen intrazellulärer Erreger vonnöten sind, um bei Reinfektion mit den Erregerstämmen einen schnellen Schutz zu gewährleisten. Ein detailliertes Wissen über die Generierung, Kontrolle und Reaktivierung der Gedächtniszellen ist nützlich, um Gedächtnisreaktionen verstehen und lenken zu können. Durch die Entdeckung des TZR und CD28 wurden Meilensteine für das Verständnis der T-Zellaktivierung gelegt und die Grundlage geschaffen, CD8 Gedächtnisreaktionen zu verstehen. Auch wenn für primäre Immunreaktionen die „2-Signal-Theorie“ lange als erwiesen gilt, so blieb die Rolle der Kostimulation für Gedächtnisreaktionen lange umstritten. In dieser Arbeit wurden verschiedene methodische Herangehensweisen verwendet, mit denen durchgehend die Bedeutung von CD28 vermittelter Kostimulation für immunologische CD8 T-Zell-Gedächtnisreaktionen nachgewiesen wurde. CD28 blockierende Antikörper und CD28 induzierbar deletierbare Mauslinien wurden im Modellinfektionssystem mit Ovalbumin produzierenden Listeria monocytogenes zur Analyse der Primär- und Sekundärantworten verwendet. Mit diesen Methoden konnte eine Beeinträchtigung der Expansion von CD8 Gedächtniszellen in Abwesenheit von CD28 bewiesen werden. Weiterhin werden Effektorfunktionen wie Degranulation und Produktion von IFN-γ während der Sekundärinfektion in Abwesenheit von Kostimulation eingeschränkt. Mit Hilfe von Experimenten, bei denen CD28 suffizienten Mäusen eine geringe Anzahl an naiven, antigenspezifischen, CD28 deletierbaren CD8 T-Zellen transferiert wurden, wurde die Bedeutung der Kostimulation für die Expansion von Gedächtniszellen bestätigt, jedoch konnte überraschenderweise auch ein Anstieg der Effektorfunktionen in Abwesenheit von CD28 sowohl während der Primär- als auch der Sekundärantwort dokumentiert werden. Diese zur globalen Blockade bzw. Deletion widersprüchlichen Ergebnisse lassen eine Beteiligung anderer CD28 abhängiger Zelltypen an der Induktion der Effektorfunktionen der CD8 T-Zellen plausibel erscheinen, wie zum Beispiel Einflüsse von T-Helferzellen, welche die Effektorfunktionen positiv verstärken, solange sie selbst Kostimulationssignale empfangen können. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich Gedächtniszellen an den CD28 defizienten Phänotyp – eine CD28 intakte immunologische Umgebung vorausgesetzt – adaptieren können, wenn ausreichend Zeit nach Deletion und vor Sekundärinfektion verstreichen konnte. / Immunological memory is of vital importance for the fight against reoccurring pathogens and to protect organisms from infections. Important players are CD8 memory T-cells that are created mainly during intracellular infections to boost rapid cellular defenses upon reinfection. The understanding of the generation, control and reactivation of these memory cells is crucial to comprehend and regulate mechanisms of memory immune reactions. The discovery of the TCR and of the costimulator CD28 depict important milestones towards the understanding of activation of memory cells – and naive cells, of course. The paradigm of the two signal theory in the activation of naive T-cells has long been accepted but the role of CD28 mediated costimulation in secondary CD8 T-cell responses remains controversial. Several methodological approaches to investigate the impact of costimulation on memory CD8 T-cells were used in this work, all proving the importance of CD28 to mount robust memory responses. CD28 blocking antibodies and also inducibly CD28 deleting mice were used in both primary and secondary infections with Ovalbumin-producing Listeria monocytogenes to establish an impaired clonal expansion of CD8 memory T-cells in the absence of CD28 function. Furthermore, effector functions such as degranulation and IFN-γ production were reduced during the secondary immune response. Specific deletion of CD28 in CD8 cells in mice that were seeded with a naturally occuring number of antigen specific, CD28 deletable naive CD8 T-cells provided evidence for the importance of costimulatory signals for the clonal expansion but also revealed an increase of effector functions in the absence of CD28 both in the primary and in the secondary response. These findings suggest a participation of other CD28 responsive cells such as T-helper cells by supporting CD28 deleted effector cells to exert their effector functions under the terms of CD28 sufficiency in the other parts of the immune system. Furthermore, I found that the progeny of primed CD8 T-cells can adapt to the CD28 deficient phenotype if given sufficient time before reactivation.

No description available.

As células da linhagem macrofágica são fundamentais na infecção por T. cruzi. Além do reconhecimento por PRRs, a interação com anticorpos e/ou complemento facilita a internalização. Avaliamos o papel in vivo e in vitro de IgM e IgG específicas na saída de parasitas Sylvio X10/4 do sangue, um clone miotrópico de T. cruzi que causa infecção sem parasitemia patente. Devido à sua saída espontânea, estudamos a remoção no sexto dia de infecção, momento em que a parasitemia subpatente aumenta. Camundongos foram infectados e tratados com soro normal (NMS), soro crônico (B6) e soro de animais CD28KO crônicos (que produzem somente IgM). O grupo tratado com soro de CD28KO apresentou uma remoção significativa, porém menos eficiente do que com soro crônico (B6). Tais resultados foram reproduzidos em estudo in vitro na invasão de macrófagos (derivados de medula óssea ou do peritônio) com os distintos tratamentos. Concluímos que os macrófagos são fundamentais na remoção dos parasitas e os anticorpos, não somente IgG, mas também os da classe IgM reforçam este processo. / The cells of the macrophage lineage are essential for the infection by T. cruzi. Besides the recognition by PRRs, interaction with antibodies and/or complement facilitates internalization. We evaluated the role in vivo and in vitro of specific IgM and IgG in the blood output of parasites Sylvio X10/4, clone myotropic of T. cruzi which causes infection without patent parasitemia. Due to its spontaneous exit, we studied the removal on the sixth day of infection, when the parasitemia subpatent increases. Mice were infected and treated with normal mouse serum (NMS), chronic serum (B6) and serum from CD28KO chronic mice (which produce only IgM). The group treated with CD28KO serum showed a significant removal, but less efficiently than with chronic serum (B6). These results were reproduced in vitro study on the invasion of macrophages (derived from bone marrow or peritoneum) with these different treatments. We conclude that macrophages are essential in the removal of parasites and antibodies, not only IgG, but also IgM enhance this process.

As células da linhagem macrofágica são fundamentais na infecção por T. cruzi. Além do reconhecimento por PRRs, a interação com anticorpos e/ou complemento facilita a internalização. Avaliamos o papel in vivo e in vitro de IgM e IgG específicas na saída de parasitas Sylvio X10/4 do sangue, um clone miotrópico de T. cruzi que causa infecção sem parasitemia patente. Devido à sua saída espontânea, estudamos a remoção no sexto dia de infecção, momento em que a parasitemia subpatente aumenta. Camundongos foram infectados e tratados com soro normal (NMS), soro crônico (B6) e soro de animais CD28KO crônicos (que produzem somente IgM). O grupo tratado com soro de CD28KO apresentou uma remoção significativa, porém menos eficiente do que com soro crônico (B6). Tais resultados foram reproduzidos em estudo in vitro na invasão de macrófagos (derivados de medula óssea ou do peritônio) com os distintos tratamentos. Concluímos que os macrófagos são fundamentais na remoção dos parasitas e os anticorpos, não somente IgG, mas também os da classe IgM reforçam este processo. / The cells of the macrophage lineage are essential for the infection by T. cruzi. Besides the recognition by PRRs, interaction with antibodies and/or complement facilitates internalization. We evaluated the role in vivo and in vitro of specific IgM and IgG in the blood output of parasites Sylvio X10/4, clone myotropic of T. cruzi which causes infection without patent parasitemia. Due to its spontaneous exit, we studied the removal on the sixth day of infection, when the parasitemia subpatent increases. Mice were infected and treated with normal mouse serum (NMS), chronic serum (B6) and serum from CD28KO chronic mice (which produce only IgM). The group treated with CD28KO serum showed a significant removal, but less efficiently than with chronic serum (B6). These results were reproduced in vitro study on the invasion of macrophages (derived from bone marrow or peritoneum) with these different treatments. We conclude that macrophages are essential in the removal of parasites and antibodies, not only IgG, but also IgM enhance this process.

Le vieillissement s'accompagne d'un déclin de l'immunité, c'est l'immunosénéscence. Les lymphocytes sont des cibles du vieillissement et lors de la stimulation de leur récepteur (TCR) la production d'interleukine-2 est déficiente. Pour expliquer la perte de fonctionnalité des lymphocytes T avec le vieillissement humain, plusieurs hypothèses sont mises en avant dont celle suggérant un défaut de transmission du signal intracellulaire à partir du TCR. Plusieurs études ont démontré que des défauts de signalisation sont effectivement présents dans les voies de signalisation du TCR. La plupart des voies de signalisation sont affectées et il est possible qu'une défaillance en amont puisse toutes les expliquer. Cependant, aucune explication ne pouvait être apportée jusqu'à la découverte de l'existence des radeaux lipidiques membranaires. Ces radeaux lipidiques enrichis en cholestérol et molécules facilitent la signalisation intracellulaire en permettant la formation du signalosome. Ces structures sont initiatrices de la signalisation du TCR. Nous avons émis l'hypothèse que ce sont des défaillances dans les fonctions des radeaux lipidiques qui expliqueraient les altérations en aval de la membrane. Nous avons démontré que les cellules T quiescentes de la personne âgée (+ 65 ans) ont une quantité de cholestérol deux fois plus importante dans les radeaux lipidiques. Ceci s'accompagne d'une diminution de la fluidité. La modulation du contenu en cholestérol par la cyclodextrine permet de contrôler la fluidité membranaire. Cependant, la cyclodextrine a d'autres effets et n'est pas préconisée pour moduler les fonctions des lymphocytes T. De plus, LAT est dans un état de phosphorylation significativement supérieur avec le vieillissement. En ce qui concerne Lck, la molécule est hyper-phosphorylée dans les radeaux lipidiques. Cet état d'activation est relié au phénomène d'Inflamm-Aging. Lors de la stimulation du TCR, le recrutement des molécules de signalisation est diminué par rapport aux sujets jeunes (18-25 ans). La phosphorylation de LAT et Lck est significativement diminuée dans les radeaux lipidiques des lymphocytes CD4[indice supérieur +] activés de personnes âgées. La signalisation issue du CD28 est altérée dans ces cellules (Akt). La mesure de la quantité de CD28 dans les radeaux lipidiques est significativement supérieure dans les cellules CD8 [indice supérieur +] comparativement aux cellules CD4[indice supérieur +]. Les cellules CD8[indice supérieur +] ont un signalosome pré-formé alors que les lymphocytes CD4[indice supérieur +] sont dépendants de la polarisation des radeaux lipidiques. La perte d'expression du CD28 chez les cellules CD8[indice supérieur +] n'a pas de répercussion sur sa signalisation alors que les cellules CD4[indice supérieur +] ont un défaut dans la phosphorylation de Akt malgré l'expression du CD28 inchangée. L'immunosénéscence s'explique en partie par la perte de fonction des radeaux lipidiques dans les cellules CD4[indice supérieur +]. Ces résultats suggèrent que les fonctions des radeaux lipidiques dans les sous-populations lymphocytaires définissent la capacité des cellules à répondre et à s'adapter au milieu environnant.

Ein Tumor stellt nicht nur eine Ansammlung entarteter Zellen dar, sondern ist vielmehr ein komplexes Pseudoorgan, das aus Tumorzellen und aus mit ihnen assoziierten „normalen“ Zelltypen, wie Fibroblasten, Endothelzellen und Makrophagen, den sogenannten Tumorstromazellen, besteht. Die Tumorstromazellen wurden von den Tumorzellen dahingehend konditioniert, dass sie das Tumorwachstum und -progression fördern. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung von zwei Oberflächenmolekülen, nämlich CD147 und CD28, für solche im Tumorstroma stattfindenden Interaktionen im syngenen murinen B16 Melanommodell untersucht. Rolle von CD147 für MMP Expression, Neoangiogenese und Metastasierung CD147, das von Tumorzellen exprimiert wird, wird als ein Faktor angesehen, der auf benachbarten Stromazellen die Expression von MMPs induziert. MMPs sind essentiell für den Umbau der extrazellulären Matrix und der Basalmembranen und somit für die Invasion und Metastasierung des Tumors essentiell. Daneben gibt es erste Hinweise, dass CD147 auch die Induktion von vascular endothelial growth factor (VEGF) vermittelt und damit die Tumorangiogenese fördert. In dem eingesetzten Melanommodell war überraschenderweise kein Unterschied hinsichtlich der Expression von MMP-2, MMP-9 und MT1-MMP in Abhängigkeit von der CD147 Expression nachweisbar. Die in vitro Kokultur der Melanomzellen mit unterschiedlichen murinen Fibroblasten zeigte zudem, dass weder CD147+ noch CD147- Melanomzellen die Expression von MMP-2 oder MMP-9 in den Fibroblasten veränderten. Als eindeutige Effekte des CD147 knock downs wurde aber eine reduzierte VEGF Expression in vivo einhergend mit einer gehemmten Tumorangiogenese, sowie einer reduzierten Metastasierung festgestellt. Es konnte somit die Funktion von CD147 in dem gewählten Modell als angiogenetischer, jedoch als MMP unabhängiger, Metastasierungsfaktor demonstriert werden. Einfluss von CD28 auf antitumorale Immunantworten CD28 ist ein kostimulatorisches Molekül, das zusammen mit dem TCR für eine effiziente Stimulation von T-Lymphozyten wesentlich ist. In CD28 k.o Mäusen fand sich im Vergleich zu Wildtyp Kontrolltieren eine verminderte Effektivität von prophylaktischen anti-Tumor Impfungen, die sich in einem beschleunigten Tumorwachstum sowie einer erhöhten Tumorlast auswirkten. Die Frequenz von Vakzine induzierten TRP-2180-188 /Kb reaktiven CD8+ T-Zellen in TIL von Tumoren war aber in beiden Genotypen gleich. Dagegen war die Anzahl IFN- produzierender TRP-2180-188 /Kb reaktiver T-Zellen sowie die Fähigkeit der TRP-2180-188 /Kb reaktiven T-Zellen zu lysieren, in den CD28-defizienten Mäusen deutlich geringer. Diese Beobachtungen legen nahe, dass CD28-vermittelte kostimulatorische Signale im gewählten Modell weniger für die initiale Expansion als für die Differenzierung funktioneller tumorspezifischer CD8+ T-Effektorzellen eine wesentliche Funktion einzunehmen scheinen. / Malignant tumors not only represent an accumulation of neoplastic cells but should be seen as a complex pseudoorgan, which consists on tumor cells and tumor-associated normal cell types, e.g. fibroblasts, endothelial cells and macrophages, the so-called tumorstroma cells. Tumorstroma cells were unprogrammed from tumor cells, facilitating both tumor growth and progression. In the present work, the significance of two cell surface molecules, CD147 and CD28, was investigated in a syngeneic melanoma model. Role of CD147 in MMP induction, neoangiogenesis and metastasis formation CD147, which is expressed by tumor cells, is regarded as a key factor, which induces the expression of MMPs in adjacent stroma cells. MMPs are essentiell for degradation of the extracellular matrix and basal membranes and consequently important for invasion and metastasis formation of tumors. Furthermore, there are some indices, that CD147 can mediate also the induction of vascular endothelial growth factor (VEGF) and therefore promote neoangiogenesis. In the B16 melanoma model, surprisingly no differences were detectable, regarding the expression of MMP-2, MMP-9 and MT1-MMP in dependence of CD147 expression. Co-culture of melanoma cells with different fibroblast cell lines demonstrated that neither CD147+ nor CD147- melanoma cells altered the expression of MMP-2 or MMP-9 in the fibroblasts. As distinct results of the CD147 knock down a reduced VEGF expression in vivo accompanied by inhibited angiogenesis as well as reduced metastasis was observed. Thus, in the used model, CD147 can be regarded as angiogenic, however, MMP independent metastasis formation factor. Influence of CD28 on anti-tumoral immune responses CD28 is a costimulatory molecule which is essential in conjunction with the TCR for efficient stimulation of T lymphocytes. In CD28 k.o. mice a reduced efficacy of prophylactic anti-tumor vaccinations, which resulted both in an accelerated tumor development and an increased tumor load compared with wildtyp mice was detected. The frequency of TRP-2180-188/Kb -reactive CD8+ T cells among TILs, however, was similar in both genotypes. In contrast, the number of IFN-γ -producing TRP-2180-188/Kb -reactive T cells and the efficiency of the TRP-2180-188/Kb -reactive T cells lysing target cells, was reduced in CD28-deficient mice. These results suggest that CD28-mediated costimulatory signals, at least in the used model of CD28 k.o. mice, seem to be less essential for the initial expansion than for the differentiation of functional tumor-specific CD8+ T-effector cells.

In der vorliegenden Arbeit wurden die in-vivo-Effekte eines „superagonistischen“ mAks mit Spezifität für den kostimulierenden Rezeptor CD28 der Ratte untersucht. Dieser Antikörper unterscheidet sich von konventionellen CD28-spezifischen mAk durch seine Fähigkeit, T Zellen auch ohne Ligation des TZR und damit polyklonal zu aktivieren. Die so ausgelöste Expansion der T Zellen verläuft so schnell und effizient wie eine durch Antigen gesteuerte Proliferation; die überproportionale Vermehrung anti-inflammatorischer regulatorischer T Zellen während der initialen Expansionsphase ist vermutlich für das Ausbleiben toxischer Effekte im Zuge der polyklonalen TZellvermehrung verantwortlich. / The present project focuses on the mitogenic effects of the superagonistic rat anti- CD28 mAb, with particular emphasis on its ability to activate and expand residual, mature T cells in lymphopenic rats in a TCR independent manner. The CD28 superagonist possesses the capacity to initiate T cell activation without TCR engagement. The resulting polyclonal T cell expansion is as rapid and efficient as an antigen driven proliferation, and its additional property to transiently increase the frequency of antiinflammatory regulatory T-cells is likely to be responsible for the of toxic side-effects during CD28-driven polyclonal T-cell expansion.

Stimulatory or superagonistic (SA) CD28-specific monoclonal antibodies (mAbs) are potent polyclonal activators of regulatory T cells and have proven highly effective as treatment in a wide range of rodent models for autoimmune and inflammatory diseases. In these models, a preferential activation of regulatory T cells was observed by in vivo administration of CD28SA. In stark contrast, human volunteers receiving TGN1412, a humanized CD28-specific mAb, experienced a life-threatening cytokine release syndrome during the first-in-man trial. Preclinical tests employing human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) failed to announce the rapid cytokine release measured in the human volunteers in response to TGN1412. The aim of this thesis project was to find an explanation of why standard PBMC assays failed to predict the unexpected TGN1412-induced "cytokine storm" observed in human volunteers. CD28 superagonists can activate T cells without T cell receptor (TCR) ligation. They do depend, however, on “tonic” TCR signals received by MHC scanning, signals that they amplify. PBMC do not receive these signals in the circulation. Short-term in vitro preculture of human PBMC at a high cell density (HDC) resulted in massive cytokine release during subsequent TGN1412 stimulation. Restoration of reactivity was cell-contact dependent, associated with TCR polarization and tyrosine-phosphorylation, and blocked by HLA-specific mAb. In HDC, both CD4 T cells and monocytes functionally mature in a mutually dependent fashion. However, only CD4 memory T-cells proliferate upon TGN1412 stimulation, and were identified as the main source of pro-inflammatory cytokines. Importantly, responses to other T-cell activating agents were also enhanced if PBMC were first allowed to interact under tissue-like conditions. A new in vitro protocol is provided that returns circulating T-cells to a tissue-like status where they respond to TGN1412 stimulation, and it might represent a more reliable preclinical in vitro test for both activating and inhibitory immunomodulatory drugs. Finally, the surprising observation was made that the IgG1 “sibling” of TGN1412, which is of the poorly Fc receptor-binding IgG4 isotype, has a much lower stimulatory activity. We could exclude steric hindrance as an explanation and provide evidence for removal of TGN1112 from the T-cell surface by trans-endocytosis. / Stimulatorische oder superagonistische (SA) CD28-spezifische monoklonale Antikörper (mAbs) (CD28SA) haben sich in diversen Nagetiermodellen für Autoimmunerkrankungen sowie für inflammatorische Erkrankungen als effektive Behandlungsmöglichkeit erwiesen. In diesen Modellen konnte nachgewiesen werden, dass CD28SA-Injektionen zu einer verstärkten Aktivierung regulatorischer T-Zellen in führen. Entgegen diesen Beobachtungen im Tiermodell reagierten die Teilnehmer einer ersten klinischen Studie auf die Administration des humanisierten CD28SA TGN1412 mit einer akut lebensbedrohlichen systemischen Zytokinausschüttung. Vorklinische Studien an humanen mononukleären Zellen des Blutes (PBMC) hatten keinen Hinweis auf eine mögliche plötzliche Zytokinausschüttungen als Reaktion auf TGN1412 gegeben. In der vorliegenden Arbeit wurde versucht eine Erklärung zu finden, warum PBMC-basierte Tests, wie sie vorklinischen Studien als Standard eingesetzt werden, nicht auf den unerwarteten TGN1412-induzierten „Zytokinsturm“ der Probanden hinwiesen. CD28SA aktivieren T-Zellen ohne Ligation des T-Zell Rezeptors (TCR). Jedoch werden zur CD28SA-abhängigen Aktivierung von T-Zellen „tonische“ TCR Signale benötigt, die durch MHC Scanning der T-Zellen an der Oberfläche anderer Zellen erzeugt werden. PBMC, welche sich in der Zirkulation befinden, erhalten diese „tonischen“ TCR Signale nicht. Kurzzeitige Vorkultur humaner PBMC bei hoher Zelldichte (high-density culture, HDC) führte zu einer starken Zytokinantwort bei nachfolgender TGN1412 Stimulation. Diese wiedererlangte Reaktivität gegenüber TGN1412 ging mit Tyrosin-Phospholrylierung sowie der Polarisierung von TCR Molekülen einher, war abhängig von Zellkontakten und konnte durch HLA-spezifische mAbs geblockt werden. Während der HDC durchlaufen sowohl CD4 T-Gedächtniszellen, als auch Monozyten eine voneinander abhängige funktionelle Reifung. TGN1412-induzierte Zellproliferation beschränkt sich jedoch auf CD4 T-Gedächtniszellen, die auch die Hauptquelle der proinflammatorische Zytokine sind. Antworten auf weitere T-Zell aktivierende Agenzien waren ebenfalls erhöht, wenn PBMC zunächst auf gewebeartige Bedingungen zurückgesetzt wurden. Die vorliegende Arbeit beschreibt damit ein neuartiges in vitro Protokoll für humane PBMC, welches T-Zellen der Zirkulation in einen gewebeartigen funktionellen Status versetzt, in welchem sie auf TGN1412 antworten. Dieses Protokoll könnte auch einen verlässlicheren vorklinischen in vitro Test sowohl für aktivierende als auch für inhibierende immunmodulatorische Medikamente darstellen. Im letzten Teil der Arbeit wird die erstaunliche Beobachtung vorgestellt, dass TGN1112, ein IgG1 Antikörper mit gleicher Spezifität wie der IgG4 Antikörper Antikörper TGN1412, trotz seiner höheren Affinität für Fc-Rezeptoren eine viel geringere stimulatorische Aktivität zeigt. Sterische Hinderung konnte als eine mögliche Erklärung ausgeschlossen werden. Vielmehr scheint das Entfernen von TGN1112/CD28 Komplexen von der T-Zelloberfläche durch Trans-Endozytose eine mögliche Erklärung für die geringere Aktivität zu sein.

Hematopoietic stem cell transplantation is a curative therapy for malignant diseases of the haematopoietic system. The patients first undergo chemotherapy or irradiation therapy which depletes the majority of tumour cells before they receive the transplant, consisting of haematopoietic stem cells and mature T cells from a healthy donor. The donor T cells kill malignant cells that have not been eliminated by the conditioning therapy (graft versus leukaemia effect, GvL), and, therefore, are crucially required to prevent relapse of the tumour. However, the donor T cells may also severely damage the patient’s organs causing acute graft versus host disease (aGvHD). In mice, aGvHD can be prevented by interfering with the co-stimulatory CD28 signal on donor T cells. However, experimental models using conventional CD28 knockout mice as T cell donors or αCD28 antibodies have some disadvantages, i.e. impaired T cell development in the thymus of CD28 knockout mice and systemic CD28 blockade with αCD28 antibodies. Thus, it remains unclear how CD28 co-stimulation on different donor T cell subsets contributes to the GvL effect and aGvHD, respectively. We developed mouse models of aGvHD and the GvL effect that allowed to selectively delete CD28 on certain donor T cell populations or on all donor T cells. CD4+ conventional T cells (Tconv cells), regulatory T cells (Treg cells) or CD8+ T cells were isolated from either Tamoxifen-inducible CD28 knockout (iCD28KO) mice or their wild type (wt) littermates. Allogeneic recipient mice were then transplanted with T cell depleted bone marrow cells and different combinations of iCD28KO and wt T cell subsets. Tamoxifen treatment of the recipients caused irreversible CD28 deletion on the iCD28KO donor T cell population. In order to study the GvL response, BCL-1 tumour cells were injected into the mice shortly before transfer of the T cells. CD4+ Tconv mediated aGvHD was efficiently inhibited when wt Treg cells were co-transplanted. In contrast, after selective CD28 deletion on donor Treg cells, the mice developed a late and lethal flare of aGvHD, i.e. late-onset aGvHD. This was associated with a decline in iCD28KO Treg cell numbers around day 20 after transplantation. CD28 ablation on either donor CD4+ Tconv cells or CD8+ T cells reduced but did not abrogate aGvHD. Moreover, iCD28KO and wt CD8+ T cells were equally capable of killing allogeneic target cells in vivo and in vitro. Due to this sufficient anti-tumour activity of iCD28KO CD8+ T cells, they had a therapeutic effect in our GvL model and 25% of the mice survived until the end of the experiment (day 120) without any sign of the malignant disease. Similarly, CD28 deletion on all donor T cells induced long-term survival. This was not the case when all donor T cells were isolated from wt donor mice. In contrast to the beneficial outcome after CD28 deletion on all donor T cells or only CD8+ T cells, selective CD28 deletion on donor CD4+ Tconv cells completely abrogated the GvL effect due to insufficient CD4+ T cell help from iCD28KO CD4+ Tconv cells. This study demonstrates that therapeutic inhibition of the co-stimulatory CD28 signal in either all donor T cells or only in CD8+ T cells might protect patients from aGvHD without increasing the risk of relapse of the underlying disease. Moreover, deletion of CD28 on donor Treg cells constitutes a mouse model of late-onset aGvHD which can be a useful tool in aGvHD research. / Die hämatopoetische Stammzelltransplantation ist eine heilende Therapie für maligne Erkrankungen des blutbildenden Systems. Die Patienten müssen sich zuerst einer Chemotherapie oder einer Strahlentherapie unterziehen, welche den Großteil der Tumorzellen beseitigt, bevor sie das Transplantat erhalten. Dieses besteht aus hämatopoetischen Stammzellen und reifen T-Zellen eines gesunden Spenders. Die transplantierten T-Zellen töten die malignen Zellen, die zuvor durch die Chemo- bzw. Strahlentherapie nicht zerstört wurden (Graft versus Leukämie Effekt, GvL), und sind daher essenziell, um ein Rezidiv der Tumorerkrankung zu verhindern. Die T-Zellen des Spenders können aber auch die Organe des Patienten schwer schädigen und dadurch die akute Graft versus Host Disease (aGvHD) verursachen. In Mäusen kann die aGvHD verhindert werden, indem man das kostimulatorische Signal des CD28 Moleküls moduliert. Mausmodelle, in denen konventionelle CD28 Knock-out Mäuse als T-Zell-Donoren verwendet werden oder αCD28 Antikörper eingesetzt werden, haben einige Nachteile, wie zum Beispiel eine gestörte T-Zell Entwicklung in CD28 Knock-out Mäusen oder die systemische Blockade des CD28 Moleküls mit Antikörpern. Dadurch blieb bislang unklar, inwiefern CD28-Kostimulation auf verschiedenen T-Zell-Populationen zum GvL Effekt und zur aGvHD beiträgt. Wir haben Mausmodelle der aGvHD und des GvL Effekts entwickelt, die ermöglichen, das CD28 Molekül entweder nur auf bestimmten Spender-T-Zell-Populationen oder auf allen Spender-T-Zellen zu deletieren. Hierfür wurden CD4+ konventionelle T-Zellen (Tconv Zellen), regulatorische T Zellen (Treg Zellen) und CD8+ T-Zellen von Tamoxifen-induzierbaren CD28 Knockout (iCD28KO) Mäusen bzw. deren wildtypischen (wt) Wurfgeschwistern isoliert. Den allogenen Empfängermäusen wurden dann T-Zell-depletierte Knochenmarkszellen und verschiedene Kombinationen aus iCD28KO und wt Spender-T-Zellen transplantiert. Die Behandlung der Empfängertiere mit Tamoxifen führte zu einer irreversiblen Deletion von CD28 auf den iCD28KO T-Zell-Populationen. Um den GvL Effekt zu untersuchen, wurden den Mäusen kurz vor dem T-Zell-Transfer BCL-1 Tumorzellen injiziert. Die von den CD4+ Tconv Zellen verursachte aGvHD konnte sehr gut kontrolliert werden, indem zusätzlich wt Treg Zellen transplantiert wurden. Im Gegensatz dazu entwickelten die Mäuse einen späten und tödlichen Schub der aGvHD, auch late-onset aGvHD genannt, wenn die CD28 Expression auf den Treg Zellen des Spenders deletiert wurde. Dies ging mit einem Rückgang der iCD28KO Treg-Zellzahlen ca. 20 Tage nach Transplantation einher. Die Deletion von CD28 auf CD4+ Tconv Zellen oder auf CD8+ T-Zellen reduzierte die aGvHD, konnte diese aber nicht vollständig verhindern. Des Weiteren waren iCD28KO und wildtypische CD8+ T-Zellen gleichermaßen in der Lage, allogene Zellen zu töten, in vivo wie auch in vitro. Aufgrund dieser hinreichenden Anti-Tumor-Antwort hatten iCD28KO CD8+ T-Zellen einen therapeutischen Effekt in unserem GvL Modell und 25 % der Tiere überlebte bis zum Versuchsende (Tag 120) ohne Anzeichen des Tumors. Ein Langzeitüberleben der Tiere wurde auch beobachtet, wenn das CD28 Molekül auf allen Spender-T-Zellen fehlte. Dies war nicht der Fall, wenn alle Spender-T-Zellen von wt Mäusen isoliert wurden. Im Gegensatz zur CD28 Deletion auf entweder allen Spender-T-Zellen oder nur auf den CD8+ T-Zellen, ging der GvL Effekt vollständig verloren, wenn CD28 nur auf den CD4+ Tconv Zellen entfernt wurde, da diese dann keine ausreichende T-Zellhilfe mehr leisten konnten. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine therapeutische Blockade des kostimulatorischen CD28 Signals entweder in allen Spender T-Zellen oder nur in CD8+ T-Zellen vor der aGvHD schützen könnte ohne gleichzeitig das Risiko eines Rezidivs zu erhöhen. Darüber hinaus steht mit der Deletion von CD28 auf Treg Zellen ein Mausmodell der late-onset aGvHD zur Verfügung, welches für die weitere Erforschung dieser Krankheit nützlich sein kann.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.