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Die allogene Stammzelltransplantation ist das Therapieverfahren der Wahl für eine Reihe von malignen und nicht-malignen Erkrankungen des hämatopoetischen Systems. Dies ist darin begründet, daß dieses Verfahren nicht nur die Applikation einer myeloablativen und somit maximalen zytostatischen Therapie erlaubt (oder daß sie verbunden ist dem kompletten Ersatz der Empfängerhämatopoese durch den Spender), sondern vor allem dadurch, daß sie mit einem immunologisch vermittelten Anti-Tumor-Effekt, der Graft-versus-Leukämie-Reaktion (GVL) verbunden ist. In der Klinik ist die Anwendung der allogenen Stammzelltransplantation durch die assoziierten schwerwiegenden Komplikationen, zur Zeit noch erheblich eingeschränkt. Ziel dieser Arbeit war es die Mechanismen dieser T-zellvermittelten anti-Leukämie-Reaktion näher zu untersuchen. Im Mausmodell nach nicht-myeloablativer Konditionierung und alloegenr Kncohenmarktransplantation konnte gezeigt werden, dass die GVL-Reaktion welche durch die Spenderlympozyten vermittelt wird Alloantigen-abhänig ist, da sie in gemischten Chimären wesentlich stärker ausgeprägt ist als in vollen Chimären und ohne dass es zur entwicklung einer GVHD kommt..Weiterhin konnte gezeigt werden, dass diese Alloantigen-abhängige GVL-Reaktion nur kurzlebig ist, keine andauernde Immunität hinterlässt und dieser Verlust an GVL-reaktivität assoziiert ist mit dem verschwinden dieser alloreaktiven T-Zellpopulation. / Allogeneic stem cell transplantation is the treatment of choice for a number of malignant and benign hematological diseases. This is due to the fact that this procedure not only allows the administration of a myeloablative and thus maximal cytoreductive therapy, but leads also to the substitution of the recipient hematopoiesis with the donor hematopoeisis. More important however, is the fact that this type of therapy is associated with a significant immunologically-mediated T-cell-dependent anti-tumor response the so called graft-versus - leukemia-reaction (GVL). However, the extensive use of allogeneic stem cell transplantation has been prevented by the considerable treatment-elated morbidity and mortality associated with allogeneic transplantation and the development of Graft-versus-Host-disease (GVHD). Using mouse models it could be observed that in mice following conditioning and allogeneic bone marrow transplantation donor lymphocyte-mediated GVL responses are primarily driven by direct immune recognition of host alloantigen. Furthermore, it could be shown that this GVL response is only transient and that the loss of this GVL effect occurs concomitantly with the contraction of the alloantigen-reactive T cell population.

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O transplante de células-tronco hematopoéticas alogênico (alo-TCTH) é uma opção de tratamento para uma variedade de doenças neoplásicas e não neoplásicas, principalmente de origem hematológica sendo doença do enxerto-contra-hospedeiro (DECH) a sua principal complicação. As células Natural Killer (NK) são os primeiros linfócitos a se recuperarem após o TCTH. Além da capacidade de promover o efeito enxerto-versus-leucemia (EVL), as células NK do doador parecem capazes de promover a pega do enxerto e de prevenir o desenvolvimento da DECH. As células NK compreendem aproximadamente 10% dos linfócitos do sangue periférico e são caracterizadas fenotipicamente pela expressão do antígeno de superfície CD56 (CD, cluster of differentiation) e pela ausência de CD3 (CD56+CD3-). O subtipo de células NK CD56dim (baixa densidade do antígeno) é naturalmente mais citotóxico que o subtipo CD56bright (alta densidade do antígeno) o qual é caracterizado pela capacidade de produção de citocinas. Com base nisso, o objetivo do trabalho é avaliar a presença de células NK nos dias 7, 14, 21 e 28 após o TCTH alogênico e autólogo, caracterizando sua frequência, seu imunofenótipo e a sua capacidade de produzir fatores de crescimento hematopoético e citocinas relacionadas. / Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT) is an option of treatment for a variety of neoplastic and non-neoplastic diseases and graft-versus-host disease (GVHD) is its main complication. Natural Killer cells (NK) are the first lymphocytes to recover after HSCT. In addition to the ability to promote graft versus leukemia effect (GVL), donor NK cells appear to be capable of promoting engraftment and preventing the development of GVHD. NK cells comprise approximately 10% of peripheral blood lymphocytes and are characterized phenotypically by the expression of the CD56 surface antigen and absence of CD3 (CD56 + CD3-). The CD56dim (low density of antigen) NK cell subtype is naturally more cytotoxic than the CD56bright (high density of antigen) subtype which is characterized by the ability to produce cytokines. Based on this, the objective of the study is to evaluate the presence of NK cells on days 7, 14, 21 and 28 after allogeneic and autologous HSCT, characterizing their frequency, their immunophenotype and their capacity to produce hematopoietic growth factors and related cytokines.

O transplante de células-tronco hematopoéticas alogênico (alo-TCTH) é uma opção de tratamento para uma variedade de doenças neoplásicas e não neoplásicas, principalmente de origem hematológica sendo doença do enxerto-contra-hospedeiro (DECH) a sua principal complicação. As células Natural Killer (NK) são os primeiros linfócitos a se recuperarem após o TCTH. Além da capacidade de promover o efeito enxerto-versus-leucemia (EVL), as células NK do doador parecem capazes de promover a pega do enxerto e de prevenir o desenvolvimento da DECH. As células NK compreendem aproximadamente 10% dos linfócitos do sangue periférico e são caracterizadas fenotipicamente pela expressão do antígeno de superfície CD56 (CD, cluster of differentiation) e pela ausência de CD3 (CD56+CD3-). O subtipo de células NK CD56dim (baixa densidade do antígeno) é naturalmente mais citotóxico que o subtipo CD56bright (alta densidade do antígeno) o qual é caracterizado pela capacidade de produção de citocinas. Com base nisso, o objetivo do trabalho é avaliar a presença de células NK nos dias 7, 14, 21 e 28 após o TCTH alogênico e autólogo, caracterizando sua frequência, seu imunofenótipo e a sua capacidade de produzir fatores de crescimento hematopoético e citocinas relacionadas. / Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT) is an option of treatment for a variety of neoplastic and non-neoplastic diseases and graft-versus-host disease (GVHD) is its main complication. Natural Killer cells (NK) are the first lymphocytes to recover after HSCT. In addition to the ability to promote graft versus leukemia effect (GVL), donor NK cells appear to be capable of promoting engraftment and preventing the development of GVHD. NK cells comprise approximately 10% of peripheral blood lymphocytes and are characterized phenotypically by the expression of the CD56 surface antigen and absence of CD3 (CD56 + CD3-). The CD56dim (low density of antigen) NK cell subtype is naturally more cytotoxic than the CD56bright (high density of antigen) subtype which is characterized by the ability to produce cytokines. Based on this, the objective of the study is to evaluate the presence of NK cells on days 7, 14, 21 and 28 after allogeneic and autologous HSCT, characterizing their frequency, their immunophenotype and their capacity to produce hematopoietic growth factors and related cytokines.

O transplante de células-tronco hematopoéticas alogênico (alo-TCTH) é uma opção de tratamento para uma variedade de doenças neoplásicas e não neoplásicas, principalmente de origem hematológica sendo doença do enxerto-contra-hospedeiro (DECH) a sua principal complicação. As células Natural Killer (NK) são os primeiros linfócitos a se recuperarem após o TCTH. Além da capacidade de promover o efeito enxerto-versus-leucemia (EVL), as células NK do doador parecem capazes de promover a pega do enxerto e de prevenir o desenvolvimento da DECH. As células NK compreendem aproximadamente 10% dos linfócitos do sangue periférico e são caracterizadas fenotipicamente pela expressão do antígeno de superfície CD56 (CD, cluster of differentiation) e pela ausência de CD3 (CD56+CD3-). O subtipo de células NK CD56dim (baixa densidade do antígeno) é naturalmente mais citotóxico que o subtipo CD56bright (alta densidade do antígeno) o qual é caracterizado pela capacidade de produção de citocinas. Com base nisso, o objetivo do trabalho é avaliar a presença de células NK nos dias 7, 14, 21 e 28 após o TCTH alogênico e autólogo, caracterizando sua frequência, seu imunofenótipo e a sua capacidade de produzir fatores de crescimento hematopoético e citocinas relacionadas. / Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT) is an option of treatment for a variety of neoplastic and non-neoplastic diseases and graft-versus-host disease (GVHD) is its main complication. Natural Killer cells (NK) are the first lymphocytes to recover after HSCT. In addition to the ability to promote graft versus leukemia effect (GVL), donor NK cells appear to be capable of promoting engraftment and preventing the development of GVHD. NK cells comprise approximately 10% of peripheral blood lymphocytes and are characterized phenotypically by the expression of the CD56 surface antigen and absence of CD3 (CD56 + CD3-). The CD56dim (low density of antigen) NK cell subtype is naturally more cytotoxic than the CD56bright (high density of antigen) subtype which is characterized by the ability to produce cytokines. Based on this, the objective of the study is to evaluate the presence of NK cells on days 7, 14, 21 and 28 after allogeneic and autologous HSCT, characterizing their frequency, their immunophenotype and their capacity to produce hematopoietic growth factors and related cytokines.

Die akute Graft-versus-Host-Krankheit (GvHD) ist eine der Hauptkomplikationen nach einer allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation, die die Effizienz der Therapie und deren Einsatz limitiert. Aktuelle Präventionsstrategien und Therapien beinhalten systemisch wirkende Immunsuppressiva. Diese haben oft zahlreiche Nebenwirkungen und erhöhen die Rate von Tumorrezidiven und schweren Infektionen. Therapierefraktäre Verläufe der GvHD sind häufig und können mit einer schlechten Prognose vergesellschaftet sein. Neuartige Präventions- und Behandlungsansätze sind daher Gegenstand intensiver Forschung. Eine zentrale Rolle in der Pathogenese der akuten GvHD spielen CD4+ T Zellen. Alloreaktive T Zellen vermitteln eine proinflammatorische Immunantwort, produzieren entsprechende Zytokine und aktivieren weitere Effektorzellen. Diese Immunkaskade induziert eine systemische Entzündungsreaktion und führt zu Organ- und Gewebsschädigung. Der spezifischen Modulation dieser alloreaktiven CD4+ T Zellen hin zu einer Toleranzentwicklung gegenüber dem Empfängergewebe wird eine große Bedeutung in der Entwicklung innovativer GvHD-Präventionsstrategien beigemessen. Es konnte in murinen Modellen gezeigt werden, dass die ex vivo-Behandlung eines allogenen bzw. xenogenen Transplantats mit dem CD4-gerichteten nicht-depletierenden Antikörper MAX.16H5 zu einer verminderten GvH-Reaktion führte. Eine Beeinträchtigung des Graft-versus-Leukämie-Effekts war nicht nachweisbar. Toleranzinduktionen durch monoklonale Antikörper gegen Oberflächenrezeptoren von Immunzellen im Rahmen von Autoimmunerkrankungen und GvHD werden in zahlreichen Studien untersucht. Darüber hinaus ist bekannt, dass in der GvHD-Pathogenese bestimmte microRNAs, 17 bis 25 Nukleotide lange, nicht kodierende, einzelsträngige RNA-Moleküle, eine Schlüsselrolle spielen. Die molekularen Mechanismen, die der Toleranzentwicklung des MAX.16H5 Antikörpers zugrunde liegen, sind jedoch nicht abschließend geklärt. Daher war es Ziel der vorliegenden Doktorarbeit (i) ein in vitro Stimulationsmodell für weitergehende Untersuchungen am MAX.16H5 Antikörper zu etablieren und (ii) durch Quantifizierung der microRNA-Expression unter T Zellstimulierung zur Aufklärung von molekularen Mechanismen der Toleranzinduktion des Antikörpers beizutragen. Das etablierte in vitro Stimulationsmodell diente zur Analyse und Phänotypisierung von CD4+ T Zellen nach Antikörperinkubation und Stimulation. Es konnte gezeigt werden, dass eine MAX.16H5-Behandlung zu einer verminderten Aktivierung (CD25-Expression) von T Zellen nach 24 h und 72 h in Kokultur mit murinen Milzzellen bei einem 10:1 bzw. 8,2:1 Verhältnis (humane CD4+ T Zellen zu murinen Milzzellen) führte. Dieses Modell kann als Grundlage für weitere in vitro Studien dienen, um Prozesse der Toleranzinduktion durch monoklonale Antikörper zu untersuchen, und liefert einen wichtigen Beitrag für die präklinische Analyse des MAX.16H5 Antikörpers im Hinblick auf die Entwicklung funktioneller Tests. Weiterhin wurde in dieser Arbeit die Expression von microRNAs in CD4+ T Zellen nach Bindung des MAX.16H5 Antikörpers untersucht. Hierzu wurden humane CD4+ T Zellen mit dem MAX.16H5 Antikörper behandelt und (i) ohne Stimulation, (ii) mit murinen Milzzellen bzw. (iii) mit Phytohämagglutinin inkubiert. Das microRNA-Expressionsprofil wurde mit Next Generation Sequencing bestimmt. In dieser Screeninganalyse wurden zahlreiche microRNAs gefunden, die unter den verschiedenen Stimulationsbedingungen nach MAX.16H5-Inkubation differentiell exprimiert waren. Die Expression der miR-18a-3p und miR-598-3p wurde anschließend mit qPCR näher untersucht. Eine statistisch signifikante Regulation konnte für miR-598-3p nach 72 h Inkubation nachgewiesen werden. Es ist der bisher einzige Hinweis auf einen molekularen Effekt der MAX.16H5-Behandlung auf CD4+ T Zellen. Ob dieser Unterschied funktioneller Natur, im Sinne eines Toleranz-induzierenden Phänotyps ist, werden zukünftige Studien zeigen. Zudem wird aktuell die miR-598-3p als potenzieller Biomarker für den Nachweis einer erfolgreichen Inkubation mit MAX.16H5 untersucht, was für zukünftige klinische Studien von großer Wichtigkeit ist.:1. Einleitung 1 1.1 Literaturübersicht 1 1.1.1 Die hämatopoetische Stammzelltransplantation 1 1.1.2 Die allogene Stammzelltransplantation 2 1.1.3 Die Graft-versus-Host-Krankheit 5 1.1.4 Die Prävention und Behandlung der akuten GvHD 8 1.1.5 Neue Strategien zur GvHD-Behandlung und -Prävention 10 1.1.6 Der Graft-versus-Leukämie-Effekt 13 1.1.7 Der CD4-gerichtete MAX.16H5 Antikörper zur Prävention der GvHD 14 1.1.8 Die Toleranzinduktion durch monoklonale Antikörper 16 1.1.9 Die microRNA 19 1.1.10 Die Rolle von miRNAs in der GvHD 20 1.1.11 Die Rationale für die Untersuchung von miR-18a-3p 21 1.1.12 Die Rationale für die Untersuchung von miR-598-3p 22 2 Fragestellung und Experimentdesign 23 3 Material und Methoden 25 3.1 Materialien 25 3.1.1 Verwendete Zellen 25 3.1.2 Geräte 25 3.1.3 Chemikalien, Medien und Reagenzien 26 3.1.4 Verbrauchsmaterialien 27 3.1.5 Oligonukleotide 28 3.1.6 Antikörper 28 3.1.6.1 Antikörper für Durchflusszytometrie 28 3.1.6.2 Antikörper für Zellinkubation 29 3.2 Methoden 29 3.2.1 Schematische Darstellung der methodischen Arbeitsschritte 29 3.2.2 Zellkulturarbeiten 31 3.2.2.1 Auftauen von Zellen 31 3.2.2.2 Konservierung von Zellen 31 3.2.2.3 Bestimmung der Zellzahl von PBMCs und Splenozyten 32 3.2.3 Isolation humaner PBMCs aus Spenderblut 32 3.2.4 Isolation muriner Milzzellen 33 3.2.5 Isolation humaner CD4+ T Zellen und MACS-Separation humaner und muriner Zellen 33 3.2.6 Inkubation mit dem murinem MAX.16H5 IgG1 Antikörper 35 3.2.7 Inkubation humaner CD4+ T Zellen 35 3.2.8 Durchflusszytometrie 36 3.2.9 RNA-Isolation 37 3.2.10 RNA-Fällung 38 3.2.11 Next Generation Sequencing von miRNAs 38 3.2.12 Next Generation Sequencing – Analyseschema 41 3.2.13 Reverse Transkription und qPCR 41 3.2.13.1 Reverse Transkription 42 3.2.13.2 qPCR 43 3.2.14 Statistische Analyse, Tabellen und Abbildungen 44 4. Ergebnisse 46 4.1 Etablierung eines in vitro Stimulationsmodells zur Analyse humaner CD4+ T Zellen nach Antikörperinkubation 46 4.2 Next Generation Sequencing zur miRNA-Expressionsanalyse in CD4+ T Zellen nach MAX.16H5 IgG1-Inkubation 50 4.2.1 FACS-Analyse isolierter CD4+ T Zellen vor und nach Antikörperinkubation 50 4.2.2 Separation muriner Milzzellen von humanen CD4+ T Zellen 53 4.2.3 NGS-miRNA-Expressionsanalyse in stimulierten und unstimulierten CD4+ T Zellen nach 72 h Inkubation 55 4.2.3.1 MiRNA-Expression nach MAX.16H5 IgG1-Inkubation und PHA-Stimulation 57 4.2.3.2 MiRNA-Expression nach MAX.16H5 IgG1-Inkubation und Stimulation mit murinen Milzzellen 59 4.2.3.3 MiRNA-Expression nach MAX.16H5 IgG1-Inkubation und ohne Stimulation 61 4.2.4 Zusammenfassung der Ergebnisse der NGS-Analyse 63 4.3 FACS-Analyse von CD4+ T Zellen nach 24 h und 72 h Inkubation 64 4.3.1 FACS-Analyse von CD4+ T Zellen nach 24 h Inkubation 64 4.3.2 FACS-Analyse von CD4+ T Zellen nach 72 h Inkubation 67 4.4 Validierung der Kandidaten-miRNA mittels qPCR 72 4.4.1 Expression von miR-18a-3p und miR-598-3p nach MAX.16H5 IgG1-Inkubation in CD4+ T Zellen nach 72 h 72 4.4.1.1 FACS-Analyse isolierter CD4+ T Zellen vor und nach Antikörperinkubation 72 4.4.1.2 FACS-Analyse der CD4+ T Zellen nach 72 h Inkubation 74 4.4.1.3 Separation muriner Milzzellen von humanen CD4+ T Zellen 78 4.4.1.4 Expression von miR-18a-3p und miR-598-3p 80 5. Diskussion 85 5.1 Die Expression von miR-18a-3p und der miR-17–92 Cluster 86 5.2 Die Expression von miR-598-3p 88 5.3 Die Differentielle Expression weiterer miRNAs 90 5.3.1 miR-223 90 5.3.2 Let-7d 91 5.3.3 miR-21 91 5.3.4 miR-181c 91 5.3.5 miR-10a 92 5.3.6 miR-150 92 5.3.7 miR-199a 92 5.3.8 miR-155 93 5.4 Die miRNA-Expressionsanalyse mit Next Generation Sequencing 93 5.5 Die Etablierung eines in vitro Stimulationsmodells 96 5.6 Verminderte T Zell-Aktivierung durch MAX.16H5 IgG1 98 6 Zusammenfassung der Arbeit 101 7 Literaturverzeichnis 104 A Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 129 B Erklärung über die Vorbehaltlichkeit der Verfahrenseröffnung zur Verleihung des Titels Dr. med. 130 C Darstellung des wissenschaftlichen Werdegangs 131 D Danksagung 133

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les antigènes mineurs d'histocompatibilité (AgMis) sont des peptides polymorphiques du soi, présentés par les molécules de classe I et II du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH), capables d'induire des réponses immunitaires importantes. En effet, dans un contexte de greffe de moelle osseuse chez des patients leucémiques, nous observons deux réactions immunologiques majeures : la réaction du greffon contre l'hôte (RGH) et l'effet du greffon contre la leucémie (GVL). Ces deux réactions sont dues à une activation des lymphocytes T matures du greffon, capables de reconnaître des AgMis présents sur les organes cibles du patient (RGH) ou uniquement sur les cellules leucémiques de celui-ci (GVL). La RGH est liée à une morbidité importante et sa sévérité peut même causer la mort du patient. Tandis que la RGH est à éviter à tout prix, l'effet GVL est recherché car il permet l'élimination des cellules leucémiques résiduelles du patient. L'élaboration d'une stratégie immunothérapeutique pour combattre la leucémie en favorisant l'effet GVL tout en éliminant la RGH serait donc très intéressante. Dans un tel contexte, les AgMis représentent des cibles de choix. En effet, la distribution tissulaire différentielle des AgMis suggère qu'il serait possible de trouver un AgMi uniquement exprimé sur les cellules hématopoïétiques (normales ou leucémiques) mais absent des organes cibles (tissus épithéliaux) du patient. Ceci nous permettrait de réinfuser des lymphocytes T cytotoxiques (LTCs) du greffon préalablement activés ex vivo contre cet AgMi et d'amener ainsi un effet GVL plus efficace. Malheureusement, le choix de l'AgMi idéal pour remplir ce rôle est plus complexe. Les AgMis exprimés à la surface d'une cellule ne sont pas tous capables d'induire des réponses T cytotoxiques importantes. La reconnaissance des AgMis par les LTCs est influencée par le phénomène encore mal compris d'immunodominance.

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