Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2003.

Hohenheim, Univ., Diss., 2008.

Typ I Immunantworten, wie z.B. gegen Influenza Virus, Sendai Virus aber auch gegen intrazelluläre Erreger wie Toxoplasma gondii sind klassischerweise durch robuste IFN-γ Expression gekennzeichnet. Th1 und CD8+ Effektor T Zellen zählen zu den Hauptproduzenten von IFN-γ. Im Zusammenhang mit Autoimmunerkrankungen, Immunpathologie aber auch Impfstoffentwicklung, ist es überaus wichtig die Regulierung von IFN-γ zu verstehen. In der vorliegenden Arbeit wurde die IFN-γ Expression von CD4+ und CD8+ T Zellen detailliert charakterisiert. Des Weiteren wurde die Rolle des IFN-γ Rezeptors für die IFN-γ Expression von T Zellen untersucht. Unter Zuhilfenahme von bicistronischen IFN-γ-eYFP Reporter Mäusen, welche die direkte Identifizierung und Isolierung von vitalen IFN-γ exprimierenden Zellen ermöglichen, wurde die Expression von IFN-γ in vitro und in vivo, nach Infektion mit den bereits erwähnten Erregern,visualisiert. Die Expression des IFN-γ-eYFP Reporters zeichnete sich, sowohl in vitro als auch in vivo nach Infektion, durch ein äußerst heterogenes Fluoreszenzspektrum aus. Die Helligkeit der Reporter Fluoreszenz korrelierte positiv mit der Menge an IFN-γ Transkripten und mit der Menge des sekretierten IFN-γ Proteins nach Stimulierung. Die Helligkeit des Reporters reflektierte das Potenzial zur IFN-γ Produktion, die eigentliche Sekretion war jedoch weitgehend abhängig von zusätzlicher Stimulierung durch Antigen. Des Weiteren korrelierte die Helligkeit des Reporters mit der zunehmenden Produktion von weiteren proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen. Hoch fluoreszente Zellen exprimierten zudem vermehrt Marker auf ihrer Oberflache, die auf akute Aktivierung hinweisen. Die am hellsten eYFP fluoreszierenden Zellen waren im Allgemeinen weiter ausdifferenziert und ihre Präsenz war auf bestimmte Organe beschränkt. Die anatomische Begrenzung wurde durch den Erreger bestimmt. IFN-γ exprimierende Zellen wurden nach Infektion mit Sendai Virus oder Toxoplasma gondii in IFN-γ Rezeptor defizienten Reporter Mäusen generiert. Die Frequenz und die Helligkeit der eYFP Reporter Expression waren jedoch verändert. Experimente mit dualen Knochenmarks-Chimären Mäusen, welche mit Wild-Typ und IFN-γ Rezeptor defizientem Knochenmark rekonstituiert wurden, ergaben eine T Zell-intrinsische Abhängigkeit von IFN-γ Rezeptor vermittelten Signalen für die Expression von IFN-γ. Die Helligkeit des Reporters dagegen wurde unabhängig von dem IFN-γ Rezeptor reguliert. Abschließend wurde ein Modell für die Expression von IFN-γ in CD4+ und CD8+ T Zellen entwickelt. Zusammenfassend führen diese Ergebnisse zu dem Schluss, dass die Expression von IFN-γ in CD4+ und CD8+ T Zellen und nach viraler oder parasitärer Infektion unterschiedlich reguliert wird. Zusätzlich wurde gezeigt, dass der IFN-γ Rezeptor an der Modulation der IFN-γ Expression beteiligt ist. / IFN-γ is the signature cytokine of Th1 and CD8+ effector cells generated in type I immune responses against pathogens, such as Influenza virus, Sendai virus and the intracellular protozoan parasite Toxoplasma gondii. Understanding the regulation of IFN-γ is critical for the manipulation of immune responses, prevention of immunopathology and for vaccine design. In the present thesis, IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells was characterized in detail and the requirement of IFN-γ receptor mediated functions for IFN-γ expression was assessed. Bicistronic IFN-γ-eYFP reporter mice, which allow direct identification and isolation of live IFN-γ expressing cells, were used to visualize IFN-γ expression in vitro and in vivo after infection with the afore mentioned pathogens. Expression of the IFN-γ-eYFP reporter by CD4+ and CD8+ T cells was broadly heterogeneous in vitro and in vivo after infection. Increased expression of the reporter correlated positively with the abundance of IFN-γ transcripts and IFN-γ protein production upon stimulation. eYFP reporter brightness reflected the potential for IFN-γ production, but actual secretion was largely dependent on antigenic stimulation. Increased expression of the reporter also correlated with enhanced secretion of additional proinflammatory cytokines and chemokines and cell surface expression of markers that indicate recent activation. Highly eYFP fluorescent cells were generally more differentiated and their anatomical distribution was restricted to certain tissues. The anatomical restriction depended on the pathogen. IFN-γ expressing CD4+ and CD8+ T cells were generated in IFN-γ receptor deficient reporter mice after infection with Sendai virus or Toxoplasma gondii. However, in the absence of IFN-γ receptor mediated functions, the frequency and brightness of the eYFP reporter expression was altered. Dual BM chimeric mice, reconstituted with wild-type and IFN-γ receptor deficient reporter BM, revealed a T cell-intrinsic requirement for the IFN-γ receptor for optimal IFN-γ expression. Reporter fluorescence intensities were regulated independently of IFN-γ receptor mediated functions. Finally, we propose a model for IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells. 2. SUMMARY 10 In summary, the expression of IFN-γ is differentially regulated in CD4+ and CD8+ T cells and after viral or protozoan infections. Additionally, the role of IFN-γ receptor mediated functions for the expression of IFN-γ was determined.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Dopamin, Serotonin und GABA auf das Schlafverhalten von Drosophila melanogaster genauer untersucht. Mit Hilfe von Mutanten in Wiederaufnahmetransportern für Dopamin und Serotonin konnte gezeigt werden, dass Dopamin und Serotonin entgegengesetzte Wirkungen auf die Schlafmenge der Fliegen haben. Dopamin hat eine schlafhemmende, Serotonin eine schlaffördernde Wirkung. Die Nutzung eines neuronal dopamindefizienten Fliegenstammes erweitert diese Erkenntnisse. Die Nutzung von RNAi zur Hinunterregulierung der Rezeptoren für Dopamin brachte keine weiteren Erkenntnisse, da sie zu keinem messbaren Effekt führen. Jedoch ergab eine parallel dazu durchgeführte Hinunterregulierung des GABABR2 Rezeptors, dass dieser maßgeblich für die Aufrechterhaltung des Schlafes in der zweiten Hälfte der Nacht verantwortlich ist. Es konnte gezeigt werden, dass für diese Aufgabe vor allem ihre Expression in den l-LNv Neuronen relevant ist. Dabei ist für die GABABR2 Rezeptoren kein Effekt, für Dopamin und Serotonin nur in geringen Ausmaß ein Effekt auf die Innere Uhr in Form von gering veränderter Periode zu beobachten. Durch eine Kombination der Transportermutanten für Dopamin und Serotonin mit dem intakten, als auch mutierten WHITE Transporter zeigte sich eine interessante Interaktion dieser drei Transporter bei der Regulation der Gesamtschlafmenge, wobei die white Mutation zu einer Reduzierung der Gesamtschlafmenge führt. UPLC Messungen der Stämme ergaben, dass der Effekt von white vermutlich auf dessen Einfluss auf den beta-Alanyldopamingehalt der Fliegen basiert. beta-Alanyldopamin wird bei dem Transport von Dopamin über die Gliazellen durch das Enzym EBONY gebildet, dessen Mutation in der Kombination mit intaktem WHITE und mutiertem Dopamintransporter zu einer drastischen Reduktion des Schlafes während der Nacht führt. Im Rahmen der Untersuchung konnte zudem gezeigt werden, dass entgegen des bisherigen Wissens aus Zellkulturstudien in Drosophila melanogaster kein beta-Alanylserotonin gebildet wird. Möglicherweise wird nur Dopamin, nicht jedoch Serotonin über die Gliazellen recycelt. Dies ist ein interessanter Unterschied, der sowohl eine zeitliche, als auch lokale Feinregulation der Gegenspieler Dopamin und Serotonin ermöglicht. Die Untersuchung der Dimerpartner BROWN und SCARLET zeigte, dass lediglich BROWN zu einer Reduktion des Schlafes führt. Ein Effekt, der auch in einer Fliegenlinie mit spontaner white Mutation beobachtet werden konnte. Die genaue Funktion dieses Heterodimertransporters und seine neuronale Lokalisation wurden im Rahmen dieser Arbeit noch nicht geklärt. Dennoch liegt eine Funktion als Dopamin- oder beta-Alanyldopamintransporter in Gliazellen auf Grund der ermittelten Ergebnisse nahe. Zusätzlich konnte zum ersten Mal in Drosophila melanogaster eine Funktion der Amintransporter bei der Anpassung der Inneren Uhr an extreme kurze bzw. lange Photoperioden gezeigt werden. Eine anatomische Lokalisierung des WHITE Transporters im Gehirn von Drosophila melanogaster, die weitere Charakterisierung der Rolle des WHITE/BROWN Dimers und die Zuordnung bestimmter dopaminerger und serotonerger Neurone bei der Modulation der Aktivitätsmaxima stellen spannende Fragen für zukünftige Arbeiten dar. / The main focus in the present work, was the observation of the influence of dopamine, serotonin and GABA on the sleep behaviour of Drosophila melanogaster. By utilizing mutants for the dopamine transporter as well as the serotonin transporter, it was possible to show, that dopamine and serotonin have opposing effects on the total sleep amount of flies. Dopamine has a sleep inhibiting, serotonin a sleep promoting function. A neuronal dopamine deficient stock complemented those findings. Usage of RNAi to downregulate dopamine receptors did not enhance the information, since no measurable effect could be detected. But in parallel performed experiments with RNAi mediated knockdown of GABABR2 receptors could show its role in the maintenance of sleep during the second half of the night. I could show that especially the expression in the l-LNv is needed for that. In case of the GABABR2 receptors no effect on the period was observed, for dopamine and serotonin only a minor effect on the clock in form of a mild period change accompanied those drastic sleep phenotypes. Combining the amine transporter mutants with functional as well as mutated white led to some interesting observations regarding the interaction of those transporters in regulating total sleep, in which white reduces the total sleep amount. Following up those experiments with UPLC measurements, it was shown that presumably WHITE causes its effect due to its relevance for the amount of beta-alanyldopamine in adult flies. When dopamine is transported into the glia cells, beta-alanyldopamine is synthesized by the enzyme EBONY. The ebony mutant revealed a drastic sleep phenotype when combined with an intact WHITE transporter and a mutated dopamine transporter. This leads to a dramatic decrease of sleep during the night phase. When doing the UPLC measurements it was furthermore revealed, that unexpectedly regarding the knowledge from cell culture experiments, beta-alanylserotonin cannot be detected. Presumably, only dopamine, but not serotonin is recycled by the glia cells. This interesting difference gives space for a temporal as well as for a local fine regulation of the dopamine and serotonin signals. Investigating the dimer partners of WHITE, BROWN and SCARLET, I found that BROWN just as a spontaneous white mutation that I observed, led to a decrease of total sleep. The function of this heterodimer and its neuronal localisation in the brain remains unknown. Regarding the data presented in this work, it is likely that this dimer transports either dopamine or beta-alanyldopamine in glia cells. Furthermore, I could observe that dopamine and serotonin change the ability of the circadian clock to adapt to different photoperiods, a so far unstudied phenotype. 96 An anatomical approach to localize the WHITE transporter in the brain of Drosophila melanogaster and a further characterization of the function of the WHITE/BROWN dimer, with regard to sleep and eventually the mapping of serotonergic and dopaminergic neurons, which modulate the activity peak responses, are questions for future work.

Zugl.: Berlin, Humboldt-Univ., Diss., 2009

Tübingen, Univ., Diss., 2005.

In the central nervous system, excitatory and inhibitory signal transduction processes are mediated by presynaptic release of neurotransmitters, which bind to postsynaptic receptors. Glycine receptors (GlyRs) and GABAA receptors (GABAARs) are ligand-gated ion channels that enable synaptic inhibition. One part of the present thesis elucidated the role of the GlyRα1 β8 β9 loop in receptor expression, localization, and function by means of amino acid substitutions at residue Q177. This residue is underlying a startle disease phenotype in the spontaneous mouse model shaky and affected homozygous animals are dying 4-6 weeks after birth. The residue is located in the β8 β9 loop and thus part of the signal transduction unit essential for proper ion channel function. Moreover, residue Q177 is involved in a hydrogen network important for ligand binding. We observed no difference in ion channel trafficking to the cellular membrane for GlyRα1Q177 variants. However, electrophysiological measurements demonstrated reduced glycine, taurine, and β alanine potency in comparison to the wildtype protein. Modeling revealed that some GlyRα1Q177 variants disrupt the hydrogen network around residue Q177. The largest alterations were observed for the Q177R variant, which displayed similar effects as the Q177K mutation present in shaky mice. Exchange with structurally related amino acids to the original glutamine preserved the hydrogen bond network. Our results underlined the importance of the GlyR β8 β9 loop for proper ion channel gating. GlyRs as well as GABAARs can be modulated by numerous allosteric substances. Recently, we focused on monoterpenes from plant extracts and showed positive allosteric modulation of GABAARs. Here, we focused on the effect of 11 sesquiterpenes and sesquiterpenoids (SQTs) on GABAARs. SQTs are compounds naturally occurring in plants. We tested SQTs of the volatile fractions of hop and chamomile, including their secondary metabolites generated during digestion. Using the patch-clamp technique on transfected cells and neurons, we were able to observe significant GABAAR modulation by some of the compounds analyzed. Furthermore, a possible binding mechanism of SQTs to the neurosteroid binding site of the GABAAR was revealed by modeling and docking studies. We successfully demonstrated GABAAR modulation by SQTs and their secondary metabolites. The second part of the thesis investigated three-dimensional (3D) in vitro cell culture models which are becoming more and more important in different part of natural sciences. The third dimension allows developing of complex models closer to the natural environment of cells, but also requires materials with mechanical and biological properties comparable to the native tissue of the encapsulated cells. This is especially challenging for 3D in vitro cultures of primary neurons and astrocytes as the brain is one of the softest tissues found in the body. Ultra-soft matrices that mimic the neuronal in vivo environment are difficult to handle. We have overcome these challenges using fiber scaffolds created by melt electrowriting to reinforce ultra-soft matrigel. Hence, the scaffolds enabled proper handling of the whole composites and thus structural and functional characterizations requiring movement of the composites to different experimental setups. Using these scaffold-matrigel composites, we successfully established methods necessary for the characterization of neuronal network formation. Before starting with neurons, a mouse fibroblast cell line was seeded in scaffold-matrigel composites and transfected with the GlyR. 3D cultured cells displayed high viability, could be immunocytochemically stained, and electrophysiologically analyzed. In a follow-up study, primary mouse cortical neurons in fiber-reinforced matrigel were grown for up to 21 days in vitro. Neurons displayed high viability, and quantification of neurite lengths and synapse density revealed a fully formed neuronal network already after 7 days in 3D culture. Calcium imaging and patch clamp experiments demonstrated spontaneous network activity, functional voltage-gated sodium channels as well as action potential firing. By combining ultra-soft hydrogels with fiber scaffolds, we successfully created a cell culture model suitable for future work in the context of cell-cell interactions between primary cells of the brain and tumor cells, which will help to elucidate the molecular pathology of aggressive brain tumors and possibly other disease mechanisms. / Im zentralen Nervensystem wird die exzitatorische und inhibitorische Signaltransduktion durch die präsynaptische Ausschüttung von Neurotransmittern, die an postsynaptische Rezeptoren binden, gesteuert. Glycinrezeptoren (GlyRs) und GABAA-Rezeptoren (GABAARs) sind ligandengesteuerte Ionenkanäle, die die synaptische Inhibition ermöglichen. Ein Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss des GlyRα1 β8 β9-Loops auf Expression, Lokalisation und Funktion des Rezeptors. Dazu wurde ein Aminosäureaustausch an Position Q177 durchgeführt, welche dem Startle-Krankheit-Phänotyp des spontanen Mausmodells shaky zugrunde liegt. Betroffene homozygote Tiere versterben 4-6 Wochen nach Geburt. Die Position befindet sich im β8 β9-Loop und ist damit Teil einer Signaltransduktionseinheit, die essenziell für die korrekte Rezeptorfunktion ist. Zudem ist Position Q177 teil eines Wasserstoffbrückennetzwerks, welches für die Ligandenbindung erforderlich ist. Wir konnten keinen Einfluss der GlyRα1Q177-Varianten auf den Transport des Rezeptors zur Zellmembran feststellen. Allerdings zeigten elektrophysiologische Messungen eine verringerte Wirksamkeit von Glycin, Taurin und β Alanin verglichen mit dem Wildtyp-Protein. Mithilfe von Proteinmodellierung konnte gezeigt werden, dass manche der GlyRα1Q177-Varianten das Wasserstoffbrückennetzwerk im Umfeld von Position Q177 stören. Die größten Effekte wurden bei der Q177R-Variante beobachtet, die sich ähnlich zur Q177K-Mutation der shaky-Maus verhielt. Der Austausch zu einer Aminosäure, die strukturell ähnlich zum ursprünglichen Glutamin ist, störte das Wasserstoffbrückennetzwerk hingegen nicht. Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig der GlyR β8 β9-Loop für die Aufrechterhaltung der Rezeptorfunktion ist. Sowohl GlyRs als auch GABAARs können durch verschiedenste allosterische Substanzen moduliert werden. Zuletzt zeigten wir positive allosterische Modulation von GABAARs durch Monoteperne aus Pflanzenextrakten. Hier haben wir uns auf den Effekt von 11 Sesquiterpenen und Sesquiterpenoiden (SQTs) auf GABAARs fokussiert. SQTs sind natürlich in Pflanzen vorkommende Stoffe. Wir testeten SQTs aus dem flüchtigen Anteil von Hopfen und Kamille, sowie deren sekundäre Metaboliten, die während der Verdauung entstehen. Mithilfe der Patch-Clamp-Methode konnten wir in transfizierten Zellenlinien und neuronalen Primärzellen signifikante Modulation von GABAARs durch einige der SQTs beobachten. Außerdem wurde mithilfe von Docking-Simulationen eine mögliche Bindung von SQTs in der Neurosteroid-Bindungstasche gezeigt. Zusammengefasst haben wir erfolgreich die Modulation von GABAARs durch SQTs und deren sekundäre Metaboliten demonstriert. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit dreidimensionalen (3D) in vitro Zellkulturmodellen, die zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die dritte Dimension erlaubt die Entwicklungen von komplexen Modellen, die sich der natürlichen Umgebung von Zellen annähern. Dafür werden Materialien benötigt, deren mechanische und biologische Eigenschaften denen des ursprünglichen Gewebes der eingeschlossenen Zellen ähneln. Dies ist insbesondere eine Herausforderung bei 3D in vitro Kulturen von primären Neuronen und Astrozyten, da das Gehirn eines der weichsten Gewebe des Körpers ist. Ultraweiche Matrizen, welche die neuronale Umgebung nachahmen, sind schwer zu handhaben. Wir haben dieses Problem gelöst, indem wir ultraweiches Matrigel mit Fasergerüsten verstärkten, die mithilfe von Melt Electrowriting gedruckt wurden. Somit können diese Matrigel-Faser-Komposite für strukturelle und funktionelle Experimente benutzt werden, die häufige Bewegung und Transport der Proben voraussetzen. Mit diesen Matrigel-Faser-Kompositen haben wir Methoden etabliert, die für die Charakterisierung von neuronalen Netzwerken erforderlich sind. Anstelle von Neuronen haben wir dafür eine Mausfibroblasten-Zelllinie benutzt und mit dem GlyR transfiziert. Zellen in den Matrigel-Faser-Komposite zeigten eine hohe Viabilität, konnten immunocytochemisch angefärbt werden, und mithilfe von elektrophysiologischen Methoden gemessen werden. Darauf aufbauend haben wir primäre kortikale Mausneurone in faserverstärktem Matrigel für bis zu 21 Tage wachsen lassen. Die Neurone zeigten eine hohe Viabilität und durch Quantifikation von Neuritenlänge und Synapsendichte konnte ein vollständig ausgeformtes Netzwerk nach 7 Tagen in 3D-Kultur demonstriert werden. Mithilfe von Calcium-Imaging und Patch-Clamp-Experimenten wurden spontane Netzwerkaktivität, funktionelle spannungsgesteuerte Natriumkanäle, sowie Aktionspotentiale nachgewiesen. Somit konnten wir durch Kombination von einem ultraweichen Hydrogel mit Fasergerüsten erfolgreich ein Zellkulturmodell entwickeln, das zukünftig für die Erforschung von Zell-Zell-Interaktionen zwischen primären Gehirnzellen und Tumorzellen benutzt werden kann. Damit kann die molekulare Pathologie von aggressiven Hirntumoren und möglicherweise anderen Krankheitsmechanismen weiter aufgeklärt werden.

TRAIL (TNF Related Apoptosis Inducing Ligand), ein Mitglied der TNF-Ligandenfamilie, wurde bislang hauptsächlich hinsichtlich seiner dominanten Funktion als Auslöser des apoptotischen Programms untersucht. In neueren Untersuchungen konnte allerdings gezeigt werden, dass TRAIL unter bestimmten Bedingungen auch eine starke Aktivierung nicht-apoptotischer Signalwege induzieren kann. Um die Mechanismen der TRAIL-induzierten nicht-apoptotischen Signaltransduktion genauer zu untersuchen, wurde in der hier vorliegenden Arbeit besonderes Augenmerk auf die TRAIL-vermittelte Aktivierung des Transkriptionsfaktors NFkB und deren Modulation durch Interferon gamma und FLIP gelegt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass Interferon gamma, neben einer synergistischen Wirkung hinsichtlich der TRAIL-induzierten Apoptose, unter nicht-apoptotischen Bedingungen, die durch Caspase-Inhibition oder Bcl2-Überexpression geschaffen wurden, auch eine verstärkende Wirkung auf die TRAIL-induzierten NFkB-Aktivierung in KB-Zellen entfaltet. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass FLIP, ein Inhibitor der Caspase-8-Aktivierung, dessen Expression unter anderem durch Interferon gamma reguliert wird, neben einer Apoptose-inhibierenden Wirkung auch die TRAIL-induzierte NFkB-Aktivierung in KB-Zellen inhibiert, was auf eine gemeinsame Regulation beider Mechanismen auf der Ebene des DISC (Death Inducin Signaling Complex) hindeutet. / TRAIL (TNF Related Apoptosis Inducing Ligand) is a member of the TNF superfamily and is primarily known for its strong apoptosis inducing capability. However, it could be shown that besides its strong apoptotic potential, TRAIL can also induce non-apoptotic signaling pathways under certain conditions. In this dissertation it is shown that interferon gamma synergistically enhances the TRAIL induced activation of NFkB under non-apoptotic conditions, which were achieved by inhibition of caspases or stable expression of Bcl2 in KB-cells. Furthermore, FLIP, an inhibitor of caspase-8-activation, which is amongst others regulated by interferon gamma, is shown not only to block TRAIL-induced apoptosis but also to inhibit TRAIL-induced NFkB-activation in KB-cells, indicating that both mechanisms are coregulated at the level of the DISC (Death Inducing Signaling Complex).

Die Impfung mittels Antigen-beladener dendritischer Zellen [DZ] ist mittlerweile eine gut etablierte Technik, die dann zum Einsatz kommt, wenn Standard-Impftechniken versagen, vor Krankheiten zu schützen beziehungsweise diese zu heilen. Die Effizienz dieser Technik konnte bereits für diverse Infektionskrankheiten und Krebserkrankungen in experimentellen Tiermodellen sowie am Menschen gezeigt werden. Hierbei ist die Möglichkeit zur wohldefinierten Manipulation und Antigenbeladung der DZ ein großer Vorteil gegenüber den konventionellen Ansätzen. Jedoch ist vor allem bei der Anwendung im klinischen Bereich die Präparation, Herstellung und Manipulation dieser autologen DZ mit einem erheblichen technischen, zeitlichen sowie finanziellen Aufwand verbunden. Hinsichtlich einer Präventivimpfung gegen eine pandemische Infektionskrankheit, die in hauptsächlich unterentwickelten Ländern vorkommt, wird dieser Aufwand sicherlich ein Hindernis darstellen. Daher muss für solche Fälle ein maßgeschneiderter Impfstoff entwickelt werden, der sich am Vorbild des effektiven DZ-basierten Impfstoffs orientiert. Für die Impfung gegen die Leishmania Parasiten besteht so ein DZ-basierter Impfstoff bereits. Dessen Wirkung, eine T-Zell Antwort vom Typ Th1 zu induzieren, wurde bereits in mehreren Veröffentlichungen demonstriert. Zusätzlich hat aber eine unserer Studien gezeigt, dass das typische Th1-bezogene Zytokin IL-12 zur Differenzierung naiver T-Zellen nicht von den injizierten DZ bereitgestellt werden muss, sondern von der geimpften Maus. Dies gab erste Hinweise auf eine stärkere Beteiligung des Wirts-Immunsystems als zuvor angenommen. Daher sollte hier vertieft der Mechanismus dieser DZ-basierten Impfung untersucht werden, wobei modifizierte Impfstoff-Ansätze zum Einsatz kommen sollten. Dabei wurden die Fragen nach der vom Impfstoff transportierten Information und dem Empfänger dieser Information berücksichtigt. Das aktuelle Paradigma zur DZ-basierten Impfung besagt, dass transferierte DZ im direkten Kontakt mittels dreier Signale T-Zellen stimulieren und aktivieren. Dafür müssen diese DZ mit dem entsprechenden Antigen beladen und aktiviert worden sein um das Antigen-Peptide mittels MHC Molekül im Kontext der Co-Stimulation präsentieren zu können. Jedoch zeigt diese Studie hier, dass weder eine Aktivierung der DZ noch die Präsentation des Antigens mittels passender MHC Moleküle notwendig ist für die Induktion einer protektiven Immunantwort gegen Leishmania Parasiten. Aufgeschlossene, mit Antigen beladene DZ müssen nicht vor dem Transfer mit CpG ODN aktiviert worden sein, um entsprechende Immunität zu verleihen. Ebenso hat der MHC Typ in diesem Falle auch keinen Einfluss auf die Effektivität des Impfstoffs. Da im Weiteren aufgeschlossene mit Leishmania-Antigen beladene Makrophagen nach Impfung die gleiche Wirkung erzielen, wie vorangegangene DZ-basierte Impfstoffe, können keine DZ spezifischen Mechanismen Schlüsselkomponenten der Induktion einer protektiven Immunität sein. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die DZ der geimpften Mäuse, eine maßgebliche Rolle bei der Verarbeitung transferierter Signale spielen. Suspensionen aufgeschlossener DZ stellen eine Kombination aus freigesetzten löslichen Molekülen sowie Membranvesikeln dar, die sich nach dem Aufschluss gebildet haben. Nach Auftrennung dieser beiden Fraktionen konnte gezeigt werden, dass ausschließlich die Membran-Fraktion nach Verimpfung eine geeignete Immunantwort zum Schutz vor Leishmania Parasiten induzieren kann. Als Vorteil dieser Aufreinigung erweist sich zudem die stabile Lagermöglichkeit bei -80°C. Somit ist klar gezeigt, dass die Immunität-verleihende Einheit dieser Impfstoffvarianten in der Membran-Fraktion liegt. Verfolgt man die Induktion Th1-zugehöriger Zytokine in in vivo Experimenten so ergibt sich im Falle der Gesamtsuspension aufgeschlossener, mit Leishmania-Antigen beladener DZ ein klares Bild. Diese Suspension erzeugt das volle Spektrum der DZ-basierten Impfung gegen Leishmania Parasiten. Es kann sowohl Produktion von IL-12 und IL-2 als auch eine antigenspezifische T-Zell Proliferation nach Stimulation von Splenozyten mit der entsprechenden Suspension verzeichnet werden. Außerdem produzieren Splenozyten von entsprechend geimpften Mäusen nach Stimulation mit Leishmania-Antigen erhebliche Mengen des entscheidenden Zytokins IFNγ. Obwohl jedoch die Verimpfung aufgereinigter Membranvesikel dieses Ansatzes im Tierversuch zu biologisch sowie statistisch signifikanten Ergebnissen führt, lassen sich die entsprechend Th1-bezogenen Zytokine im in vivo Ansatz nur in geringen Maße nachweisen. Ob dies jedoch für einen in vivo unbemerkten Aktivitätsverlust des Vakzins oder für andere lymphatische Organe als Ort der T-Zell Instruktion spricht, ist noch unbekannt und muss noch geklärt werden. / Dendritic cell-based vaccination is a well established technique for preventive and therapeutic instruction of the immune system where conservative vaccine formulations fail to cure or prevent diseases, respectively. Efficiency of this technique already was demonstrated in infectious diseases as well as for cancer in animal or human studies. Well controlled manipulation and antigen-loading of immature DC is most beneficial to this technique. But, time-consuming and cost-extensive procedures for preparation of DC precursors, expansion and stimulation of DC and inpatient administration are big disadvantages regarding vaccine development for pandemic infectious diseases that occur mainly in underdeveloped countries. Therefore vaccines are needed that are pathogen-tailored and able to induce equal immune responses as their DC-based vaccine models. For vaccination against Leishmania parasites such a DC-based vaccine is feasible and its efficacy to induce protective Th1-based immune responses was already demonstrated in several animal studies. But, one of our own studies indicated supportive activity of host cells exceeding the allocation of T cells to become activated by transferred DC. IL-12, an important cytokine for the induction of Th1-related immune responses, has to be produced by host cells. Therefore, the aim of this study was to investigate the mechanism of BMDC-based vaccination with regard to simplification of the vaccine formulation. Key questions that have been addressed are: Which cells process the information that is transferred by the injected DC and what are the key components of this information? Further more, it was looked at whether altered vaccine formulations are able to induce protective immunity and whether they share equal molecular mechanisms. The current paradigm of BMDC-based vaccination proposes direct interaction of transferred BMDC with host T cells. These BMDC have to be antigen-loaded for stimulation via antigen-peptide-MHC molecule-complexes and they have to be activated for proper co-stimulation of T cells. Here, this study demonstrates that neither activation for co-stimulation nor direct interaction with adequate MHC molecules is needed for the induction of protective immunity against infection with Leishmania-parasites. Disrupted antigen-loaded BMDC are able to induce protective immunity in BALB/c mice without pre-stimulation via CpG ODN. Beyond, if BMDC were used with a different MHC-background than recipient mice then the vaccine still would be efficient in terms of reduction of footpad swelling and parasite load in draining lymph nodes. Even more, DC-specific features are no key component that leads to protective immunity as vaccination with disrupted antigen-loaded MΦ shows equal properties than before mentioned vaccine formulations. Further more, it was found that host DC play a major role in transforming the incoming signal, received from transferred antigen-loaded DC, into Th1-related stimuli and Leishmania-antigen-specific T cell activation. Suspensions of disrupted antigen-loaded DC resemble a combination of laid off soluble molecules together with exosome-like vesicles that formed after disruption of membranes. Here it was shown that separation of the membranous and soluble fractions and subsequent transfer into BALB/c mice will lead to protection of these mice against infection with L. major promastigotes only if the membranous fraction is used as vaccine. More, this vaccine formulation takes advantage of easy storage at -80°C with no need of fresh production. This clearly demonstrates that the immunity-inducing principle of disrupted DC-based vaccination lies within the membrane enclosed fraction. On a molecular level, disrupted antigen-loaded DC induce Th1-related cytokines during vaccination and as response on pathogen encounter. In vivo assays revealed IL-12 production and antigen-specific T cell proliferation among splenocytes that were stimulated with disrupted antigen-loaded DC. Splenocytes of accordingly vaccinated mice produce tremendous amounts of IFNγ after stimulation with Leishmania parasites. In summary, disrupted antigen-loaded BMDC fulfil all characteristics of DC-based vaccination against Leishmania major. But, while purification of membranes of antigen-loaded DC and subsequent transfer to BALB/c mice leads to control of the disease in the animal model, only slight levels of Th1-related cytokines are seen in the in vivo assays. Whether this points towards a loss of vaccine activity on unseen levels or unknown sites where Th1-related immunity is induced by both, complete solution and purified membranes, still has to be determined.

While TGF-β is able to regulate miRNA expression in numerous cell types, TGF-β-dependent changes in the miRNA profile of CD8+ T cells had not been studied before. Considering that TGF-β suppresses CD8+ T cell effector functions in numerous ways, we wondered whether induction of immune-regulatory miRNAs could add to the known transcriptional effects of TGF-β on immune effector molecules. In this study, we used miRNA arrays, deep sequencing and qRT-PCR to identify miRNAs that are modulated by TGF-β in human CD8+ T cells. Having found that the TGF-β-dependent downregulation of NKG2D surface expression in NK cells and CD8+ T cells does not go along with a corresponding reduction in mRNA levels, this pathway appeared to be a possible target of TGF-β-inducible miRNAs. However, this hypothesis could not be confirmed by miRNA reporter assays. Instead, we observed that DAP10 transcription is suppressed by TGF-β which in turn negatively affects NKG2D surface expression. In spite of promising preliminary experiments, technical difficulties associated with the transfection of primary NK cells and NK cell lines unfortunately precluded the final proof of this hypothesis. Instead, we focused on the TGF-β-induced changes in the miRNome of CD8+ T cells and confirmed the induction of the miR-23a cluster members, namely miR-23a, miR-27a and miR-24 by three different techniques. Searching for potential targets of these miRNAs which could contribute to the immunosuppressive action of TGF-β in T cells, we identified and confirmed a previously unknown regulation of IFN-γ mRNA by miR-27a and miR-24. Newly generated miRNA reporter constructs further revealed that LAMP1 mRNA is a target of miR-23a. Upon modulation of the miR-23a cluster in CD8+ T cells by the respective miRNA antagomirs and mimics, significant changes in IFN-γ expression confirmed the functional relevance of our findings. Effects on CD107a/LAMP1 expression were, in contrast, rather minimal. Still, overexpression of the miR-23a cluster attenuated the cytotoxic activity of antigen-specific CD8+ T cells. Taken together, these functional data reveal that the miR-23a cluster not only is induced by TGF-β, but also exerts a suppressive effect on CD8+ T-cell effector functions, even in the absence of TGF-β signaling. / Obwohl bekannt war, dass TGF- die miRNA Expression in zahlreichen Zelltypen moduliert, waren TGF- abhängige Veränderung des miRNA Profils in CD8+ T Zellen noch nicht untersucht worden. Da TGF-β die Effektorfunktionen von CD8+ T Zellen aber in vielfältiger Weise inhibiert, fragten wir uns, ob die transkriptionellen Effekte, die TGF-β bekanntermaßen auf Immuneffektormoleküle ausübt, noch durch die Induktion immunregulatorischer miRNAs ergänzt werden. Daher nutzten wir miRNA Arrays, Genomsequenzierungstechniken und Echtzeit-PCR um miRNAs zu identifizieren, welche in humane CD8+ T Zellen von TGF- moduliert werden. Die Beobachtung, dass die TGF--abhängige Herunterregulation der NKG2D Oberflächenexpression in Natürlichen Killerzellen und CD8+ T Zellen nicht mit einer entsprechenden Verringerung der mRNA Menge einhergeht, ließ zudem vermuten, dass dieser Signalweg über miRNAs reguliert werden könnte. Nach verschiedenen miRNA Reporterassays musste diese Hpothese jedoch verworfen werden. Stattdessen zeigte sich, dass TGF- die Transkription von DAP10 inhibiert was wiederum die Oberflächenexpression von NKG2D limitieren sollte. Trotz viel versprechender initialer Experimente scheiterte der letzgültige Beweis dieser Hypothese aber an der ungenügenden Transfizierbarkeit von primären NK Zellen sowie von NK Zelllinien. Daher konzentrierten wir uns im Weiteren auf die durch TGF- induzierten Veränderungen im miRNom von CD8+ T Zellen und konnten mit drei verschiedenen Techniken die Induktion des miR-23a Clusters (mit den einzelnen miRNAs miR-23a, miR-27a und miR-24) bestätigen. Auf der Suche nach potentiellen immunregulatorisch relevanten Zielgenen dieser miRNAs konnten wir erstmals eine Regulation von IFN- durch miR-27a und miR-24 nachweisen. Zu diesem Zweck generierte miRNA Reporterkonstrukte zeigten zudem, dass LAMP1 durch miR-23a reguliert wird. Nach Modulation des miR-23a Clusters durch die entsprechenden miRNA Antagomir und Surrogat-Konstrukte konnten wir auch in CD8+ T Zellen signifikante Veränderungen der IFN-γ Expression nachweisen und somit die funktionelle Relevanz unserer Befunde bestätigen. Die Effekte auf die Expression von CD107a/LAMP1 waren hingegen nur minimal. Trotzdem führte die Überexpression des miR-23a Clusters zu einer Verringerung der zytotoxischen Aktivität von antigenspezifischen CD8+ T Zellen. Zusammen genommen belegen diese funktionellen Untersuchungen, dass das miRNA-23a Cluster, welches durch TGF-β induziert wird, zur Hemung der Effektorfunktionen in CD8+ T Zellen beiträgt, und zwar sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von TGF-β.