Although the field of fungal infections advanced tremendously, diagnosis of invasive pulmonary aspergillosis (IPA) in immunocompromised patients continues to be a challenge. Since IPA is a multifactorial disease, investigation from different aspects may provide new insights, helpful for improving IPA diagnosis. This work aimed to characterize the human immune response to Aspergillus fumigatus in a multilevel manner to identify characteristic molecular candidates and risk factors indicating IPA, which may in the future support already established diagnostic assays. We combined in vitro studies using myeloid cells infected with A. fumigatus and longitudinal case-control studies investigating patients post allogeneic stem cell transplantation (alloSCT) suffering from IPA and their match controls. Characteristic miRNA and mRNA signatures indicating A. fumigatus-infected monocyte-derived dendritic cells (moDCs) demonstrated the potential to differentiate between A. fumigatus and Escherichia coli infection. Transcriptome and protein profiling of alloSCT patients suffering from IPA and their matched controls revealed a distinctive IPA signature consisting of MMP1 induction and LGAL2 repression in combination with elevated IL-8 and caspase-3 levels. Both, in vitro and case-control studies, suggested cytokines, matrix-metallopeptidases and galectins are important in the immune response to A. fumigatus. Identified IPA characteristic molecular candidates are involved in numerous processes, thus a combination of these in a distinctive signature may increase the specificity. Finally, low monocyte counts, severe GvHD of the gut (grade ≥ 2) and etanercept administration were significantly associated with IPA diagnosis post alloSCT. Etanercept in monocyte-derived macrophages (MDM) infected with A. fumigatus downregulates genes involved in the NF-κB and TNF-α pathway and affects the secretion of CXCL10. Taken together, identified characteristic molecular signatures and risk factors indicating IPA may in the future in combination with established fungal biomarkers overcome current diagnostic challenges and help to establish tailored antifungal therapy. Therefore, further multicentre studies are encouraged to evaluate reported findings. / Obwohl im Bereich der Erforschung invasiver Pilzinfektionen aktuell enorme Fortschritte erzielt wurden, stellt die Diagnose der Invasiven Pulmonalen Aspergillose (IPA) bei immunsupprimierten Patienten weiterhin eine grosse Herausforderung dar. Da es sich bei der IPA um eine multifaktorielle Erkrankung handelt, können Untersuchungen unter verschiedenen Fragestellungen neue Erkenntnisse liefern, die zur Verbesserung der IPA Diagnose beitragen. In dieser Arbeit wurde die humane Immunantwort auf Aspergillus fumigatus auf mehreren Ebenen untersucht, um charakteristische molekulare Kandidaten und Risikofaktoren zu identifizieren, die auf eine IPA hinweisen um so in Zukunft bereits etablierte diagnostische Tests unterstützen zu können. Wir kombinierten in vitro Studien mit A. fumigatus infizierten, myeloischen Zellen mit longitudinalen Case-Control-Studien, in denen an IPA erkrankte Patienten und ihre passenden Kontrollpatienten nach allogener Stammzelltransplantation (alloSZT) untersucht wurden. Charakteristische miRNA und mRNA Signaturen von A. fumigatus-infizierten Monozyten-abgeleiteten dendritischen Zellen (moDCs) zeigten das Potenzial, zwischen A. fumigatus und Escherichia coli Infektionen zu unterscheiden. Transkriptom- und Protein- Analysen von alloSZT Patienten, die an einer IPA erkrankten, und den passenden Kontrollpatienten ergaben charakteristische IPA Signaturen, bestehend aus einer MMP1 Induktion und einer LGALS2 Repression, in Kombination mit erhöhten IL-8 und Caspase-3 Konzentrationen. Sowohl die in vitro Daten als auch die Fall-Kontroll- Studien zeigten, dass Zytokine, Matrix-Metallopeptidasen und Galectine eine wichtige Rolle bei der Immunantwort auf A. fumigatus spielen. Die in IPA identifizierten charakteristischen molekularen Kandidaten sind an mehreren Prozessen beteiligt, so dass eine Kombination dieser molekularen Kandidaten die Spezifität mittels charakteristischer Signatur erhöhen könnte. Schließlich waren niedrige Monozytenzahlen, eine schwere GvHD des Darms (Grad ≥ 2) und die Anwendung von Etanercept signifikant mit einer IPA Diagnose nach alloSZT assoziiert. Etanercept in Makrophagen, die mit A. fumigatus ko-kultiviert wurden, reguliert Gene herunter, die am NF-κB- und TNF-α-Signalweg beteiligt sind, und beeinflusst die Sekretion von CXCL10. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die identifizierten charakteristischen molekularen Signaturen und Risikofaktoren, die auf eine IPA hinweisen, in Zukunft in Kombination mit etablierten Pilz-Biomarkern die derzeitigen diagnostischen Limitationen überwinden könnten und dazu beitragen könnten, eine patientenindividuelle antimykotische Therapie zu etablieren. Es werden jedoch weitere multizentrische Studien notwendig sein, um diese Ergebnisse umfassend zu bewerten.

Durch Forschungsarbeiten der neueren Zeit ist die Bedeutung der Akut-Phase-Proteine als wichtiger Bestandteil der unspezifischen Abwehr im Organismus sichtbar geworden. Die möglichen Wechselwirkungen zwischen der physiologischen Magen-Darm-Flora und diesen Proteinen sind jedoch weitesgehend unbekannt. In dieser Arbeit wurde die Magen-Darm-Flora von einem LBP-/--Knock-out-Maus-Stamm und dem Wildstamm (jeweils 20 Tiere) untersucht. Dabei wurde die aerobe Gesamtkeimzahl, die aerobe und anaerobe Gram-negative Gesamtkeimzahl und die Gesamtkeimzahl der auf MRS-Agar gewachsenen Keime in Darminhaltsproben der Darmabschnitte Jejunum, Zäkum und Kolon von oben genannten Mäusen erfasst. Zusätzlich wurden sieben serologische Untersuchungen bei 40 Tieren durchgeführt, um mögliche parallele immunologische Reaktionen des Körpers auf Bestandteile der physiologischen Magen-Darm-Flora zu erfassen und vergleichend zu betrachten. Bei den Untersuchungen konnten hochsignifikante Unterschiede bezüglich der Höhe und Zusammensetzung der aeroben Gesamtkeimzahl, der aeroben Gram-negativen Gesamtkeimzahl, der anaeroben Gram-negativen Gesamtkeimzahl und der Laktobazillen-Gesamtkeimzahl festgestellt werden. Dabei waren bei der LBP-/--Gruppe, den gendeletierten Mäusen, die aerobe Gesamtkeimzahl signifikant erhöht, die anderen Keimzahlen, insbesondere die Keimzahlen der aeroben und anaeroben Gram-negativen Bakterien und der Laktobazillen signifikant erniedrigt. Zusätzlich konnten Abweichungen verschiedener Koloniemerkmale wie Hämolyseverhalten, Koloniemorphologie und Genausprägung zwischen der LBP-/-- und der LBP+/+-Gruppe festgestellt werden. Bei den serologischen Untersuchungen konnten die Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen bestätigt werden. Es wurden signifikante Erhöhungen der relativen Antikörperspiegel gegenüber ausgewählten bakteriellen Strukturen, von Mikroorganismen, welche auch signifikant häufiger von den jeweiligen Gruppen isoliert werden konnten, festgestellt. Diese Ergebnisse lassen auf einen möglichen Zusammenhang zwischen der Gendeletion, also der Nichtexpression von LBP, und der Zusammensetzung der Magen-Darm-Flora schließen. Inwiefern dies auf direkten oder indirekten Einfluss des LBP auf die Magen-Darm-Flora zurückzuführen ist, müssen weitere Untersuchungen zeigen. Dabei sollten noch andere Einflussfaktoren, wie z. B. die Varianz des LBP in seiner genotypischen Ausprägung, berücksichtigt werden.

Durch Forschungsarbeiten der neueren Zeit ist die Bedeutung der Akut-Phase-Proteine als wichtiger Bestandteil der unspezifischen Abwehr im Organismus sichtbar geworden. Die möglichen Wechselwirkungen zwischen der physiologischen Magen-Darm-Flora und diesen Proteinen sind jedoch weitesgehend unbekannt. In dieser Arbeit wurde die Magen-Darm-Flora von einem LBP-/--Knock-out-Maus-Stamm und dem Wildstamm (jeweils 20 Tiere) untersucht. Dabei wurde die aerobe Gesamtkeimzahl, die aerobe und anaerobe Gram-negative Gesamtkeimzahl und die Gesamtkeimzahl der auf MRS-Agar gewachsenen Keime in Darminhaltsproben der Darmabschnitte Jejunum, Zäkum und Kolon von oben genannten Mäusen erfasst. Zusätzlich wurden sieben serologische Untersuchungen bei 40 Tieren durchgeführt, um mögliche parallele immunologische Reaktionen des Körpers auf Bestandteile der physiologischen Magen-Darm-Flora zu erfassen und vergleichend zu betrachten. Bei den Untersuchungen konnten hochsignifikante Unterschiede bezüglich der Höhe und Zusammensetzung der aeroben Gesamtkeimzahl, der aeroben Gram-negativen Gesamtkeimzahl, der anaeroben Gram-negativen Gesamtkeimzahl und der Laktobazillen-Gesamtkeimzahl festgestellt werden. Dabei waren bei der LBP-/--Gruppe, den gendeletierten Mäusen, die aerobe Gesamtkeimzahl signifikant erhöht, die anderen Keimzahlen, insbesondere die Keimzahlen der aeroben und anaeroben Gram-negativen Bakterien und der Laktobazillen signifikant erniedrigt. Zusätzlich konnten Abweichungen verschiedener Koloniemerkmale wie Hämolyseverhalten, Koloniemorphologie und Genausprägung zwischen der LBP-/-- und der LBP+/+-Gruppe festgestellt werden. Bei den serologischen Untersuchungen konnten die Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen bestätigt werden. Es wurden signifikante Erhöhungen der relativen Antikörperspiegel gegenüber ausgewählten bakteriellen Strukturen, von Mikroorganismen, welche auch signifikant häufiger von den jeweiligen Gruppen isoliert werden konnten, festgestellt. Diese Ergebnisse lassen auf einen möglichen Zusammenhang zwischen der Gendeletion, also der Nichtexpression von LBP, und der Zusammensetzung der Magen-Darm-Flora schließen. Inwiefern dies auf direkten oder indirekten Einfluss des LBP auf die Magen-Darm-Flora zurückzuführen ist, müssen weitere Untersuchungen zeigen. Dabei sollten noch andere Einflussfaktoren, wie z. B. die Varianz des LBP in seiner genotypischen Ausprägung, berücksichtigt werden.

Das Wechselspiel zwischen Viren und ihren Wirtszellen beginnt meist an pattern recognition-Rezeptoren (PRRs), die für die Erkennung unterschiedlichster Pathogene anhand bestimmter Strukturen, sogenannten pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), zuständig sind. Nach Detektion lösen die PRRs über verschiedene Signalkaskaden eine antivirale Antwort aus, die zur Expression antiviraler Gene führt. RIG-I und MDA5 sind zytoplasmatisch lokalisierte PRRs und erkennen RNA-Strukturen, die insbesondere während der viralen Replikation und Transkription verfügbar sind. Hantaviren sind humanpathogene RNA-Viren mit einem einzelsträngigen, segmentierten Genom. Die Konsequenzen hantaviraler Infektionen auf molekularer Ebene wurden bereits detailliert untersucht, aber die Mechanismen, die zur Induktion der Immunantwort führen, wie auch mögliche Immunevasionsstrategien, die wahrscheinlich in Zusammenhang mit der Pathogenität des jeweiligen Hantavirusstamms variieren, konnten bisher nicht identifiziert werden. Da Hantaviren im Cytoplasma ihrer Wirtszellen replizieren, stellen RIG-I und MDA5 potentielle Detektoren dar. In dieser Doktorarbeit wird die Bedeutung von RIG-I und MDA5 für die Erkennung von Hantavirus-Infektionen untersucht. Wachstumskinetiken zeigten, daß RIG-I die Replikation von pathogenen wie auch apathogenen Hantaviren beeinträchtigt. Außerdem konnte die RNA hantaviraler Nukleocapsid- (N-) ORFs als eine virale Komponente identifiziert werden, die Typ I Interferon über RIG-I induziert. Das Ausmaß der Interferon-Aktivierung korrelierte hierbei tendenziell mit dem Virulenzgrad der Virusstämme und war für die nicht-pathogenen Hantaviren nicht nachweisbar. Unterschiede in der Aktivierungsstärke können anhand vorläufiger Daten wahrscheinlich auf noch nicht identifizierte Motive zurückgeführt werden, die am 3’-Ende der N ORFs liegen. Im Gegensatz dazu wurde keine Interferon-Aktivierung durch hantavirale Komponenten über MDA5 festgestellt. / Host-virus interaction is usually initated by pattern recognition receptors (PRRs) which are responsible for the recognition of various pathogens based on so-called pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Upon detection, PRRs trigger an antiviral immune response through different signalling cascades that lead to the expression of antiviral genes including interferon genes. RIG-I and MDA5 are cytoplasmically localised PRRs and recognise RNA patterns that are particularly available during viral replication and transcription. Hantaviruses are RNA viruses with single-stranded segmented genomes. The consequences of hantaviral infections have been analysed in detail, but the mechanisms that lead to the induction of the innate immune response as well as immune evasion strategies depending on the pathogenicity of the respective hantavirus strains have not been identified yet. Since hantaviruses replicate in the cytoplasm of their host cells, RIG-I and MDA5 represent potential PRRs for hantaviral detection. This thesis investigates the impact of RIG-I and MDA5 on recognition of hantaviral infections. Growth kinetics show that RIG-I impairs the replication of pathogenic as well as non-pathogenic hantaviruses. Furthermore, the RNA of hantaviral nucleocapsid protein (N) ORF could be identified as a viral component responsible for the induction of RIG-I signalling. It is shown that the degree of interferon promotor activation correlates with the virulence of the hantavirus strain from which the N ORF was derived. Based on preliminary data, differences in activation strength may be attributed to not yet identified motifs at the 3’ end of the ORF. In contrast, no interferon activation through MDA5 could be observed.

Background: Community acquired pneumonia (CAP) is a high incidence disease resulting in about 260,000 hospital admissions per year in Germany, more than myocardial infarction or stroke. Worldwide, CAP is the most frequent infectious disease with high lethality ranging from 1.2 % in those 20–29 years old to over 10 % in patients older than 70 years, even in industrial nations. CAP poses numerous medical challenges, which the PROGRESS (Pneumonia Research Network on Genetic Resistance and Susceptibility for the Evolution of Severe Sepsis) network aims to tackle: Operationalization of disease severity throughout the course of disease, outcome prediction for hospitalized patients and prediction of transitions from uncomplicated CAP to severe CAP, and finally, to CAP with sepsis and organ failure as a life-threatening condition. It is a major aim of PROGRESS to understand and predict patient heterogeneity regarding outcome in the hospital and to develop novel treatment concepts. Methods: PROGRESS was designed as a clinical, observational, multi-center study of patients with CAP requiring hospitalization. More than 1600 patients selected for low burden of co-morbidities have been enrolled, aiming at a total of 3000. Course of disease, along with therapy, was closely monitored by daily assessments and long-term follow-up. Daily blood samples allow in depth molecular-genetic characterization of patients. We established a well-organized workflow for sample logistics and a comprehensive data management system to collect and manage data from more than 50 study centers in Germany and Austria. Samples are stored in a central biobank and clinical data are stored in a central data base which also integrates all data from molecular assessments. Discussion: With the PROGRESS study, we established a comprehensive data base of high quality clinical and molecular data allowing investigation of pressing research questions regarding CAP. In-depth molecular characterization will contribute to the discovery of disease mechanisms and establishment of diagnostic and predictive biomarkers. A strength of PROGRESS is the focus on younger patients with low burden of co-morbidities, allowing a more direct look at host biology with less confounding. As a resulting limitation, insights from PROGRESS will require validation in representative patient cohorts to assess clinical utility. Trial registration: The PROGRESS study was retrospectively registered on May 24th, 2016 with ClinicalTrials.gov: NCT02782013

Das Humane Immundefizienzvirus (HIV) ist der Erreger von AIDS und als Zoonose von den Schimpansen (HIV-1) bzw. den Rauchmangaben (HIV-2) auf die menschliche Population übergesprungen. Diese Primatenspezies sind die natürlichen Wirte für die simianen verwand-ten Viren SIVcpz bzw. SIVsm. Die nicht-natürlichen Virus-Wirt-Beziehungen der Immundefizienzviren resultieren in einem pathogenen Verlauf, wie HIV im Menschen und SIVmac in Rhesusmakaken. Die natürlichen Wirte Rauchmangaben, Schimpansen, Afrikanische Grüne Meerkatzen (AGM) und viele mehr entwickeln hingegen kein simianes AIDS. Dies erfolgt trotz lebenslanger Infektion mit SIV und einer zur HIV-Infektion im Menschen äquivalenten Viruslast. Die natürlichen Wirte weisen darüber hinaus keine Immunantwort gegen das virale Kernprotein Gag (gruppen-spezifisches Antigen) auf, was ein früh und zahlreich gebildetes Protein während der Virusreplikation ist. Die fehlende humorale Immunantwort könnte die natürlichen Wirte vor Aktivierung des Immunsystems und dadurch auch vor sAIDS bewahren. Frühere Versuche in AGM mit injiziertem SIVagmGag-Protein zeigten zwar, dass die Induktion einer humoralen Immunantwort gegen SIVagmGag möglich ist, diese aber schon nach kurzer Zeit wieder absinkt. Des Weiteren bildete sich durch Infektion mit SIVagm in den Tieren keine anamnestische Immunantwort heraus, die für die Erkennung von gleichen Epitopen maßgeblich ist. Es scheint ein Unterschied in der Erkennung von exogenem injiziertem SIVagmGag-Protein zu endogenem, durch das Virus selbst gebildetem, Protein in den AGM zu bestehen. Folglich wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine Immunisierung mit SIVagmGag-DNA unter Umgehung des Unterschieds in der Proteinprozessierung eine anamnestische Immunantwort in den AGM induziert. Um diese Hypothese zu testen und die Gag-Immunreaktion in Abwesenheit anderer viraler Gene bezüglich der Pathogenität zu evaluieren, wurden codonoptimierte SIVagmGag- und SIVmacGag-DNA Immunisierungsvektoren generiert. Die Proteinexpression wurde in vitro und die Immunogenität in Balb/c und C57Bl/6 Mäusen getestet. Jeweils eine Gruppe von vier AGM erhielt bioballistisch SIVagmGag-DNA bzw. SIVmacGag-DNA. Als Kontrollen dienten mit codonoptimierter DNA immunisierte Rhesusmakaken sowie mit Leervektor immunisierte Primaten beider Spezies. Als Kostimulanz wurde zusätzlich jeweils speziesspezifische gmcsf DNA verwendet. Im Gegensatz zu den Rhesusmakaken konnte in den AGM durch DNA-Immunisierung keine zelluläre und nur eine schwache, transiente humorale anamnestische Immunantwort nach Infektion induziert werden, obwohl beide Gag-Proteine endogen produziert wurden. Daher kann die fehlende anamnestische Immunantwort der AGM nach Immunisierung mit Gag-Protein vermutlich nicht auf Unterschiede in der Proteinprozessierung und -erkennung (endogen versus exogen) zurückgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Studie deuten an, dass während der Infektion dieses natürlichen Wirtes eine aktive Unterdrückung der anti-Gag-Antikörperantwort stattfindet, möglicherweise induziert durch eine Anergie in Gag-spezifischen T-Helferzellen. / The causative agents of AIDS, the human immunodeficiency viruses (HIV-1 and HIV-2), were transmitted zoonotically to the human population from the natural hosts of the related simian immunodeficiency viruses SIVcpz (chimpanzees) and SIVsm (sooty mangabeys), respectively. In contrast to the outcome of infections in non-natural hosts (e.g. HIV in humans, SIVmac in rhesus macaques), the natural hosts of SIV do not develop simian AIDS-like symptoms despite life-long infection with virus loads matching those seen in HIV-infected humans. Many such natural host primates infected with SIV, such as SIVagm-infected African green monkeys (AGMs), fail to mount an antibody response to the intact viral core protein Gag (group-specific antigen), a protein produced extensively during infection. It has been postulated that this lack of an immune response to Gag could protect the natural hosts from immunopathological effects and therefore from simian AIDS. Previous studies in AGMs indicated that Gag protein produced endogenously during infection is ''seen'' by the immune system differently than that introduced exogenously by protein immunisation, possibly through differences in processing or through specific tolerance at the T-cell level. To address these possibilities, primate studies were performed in which the responses in the natural and non-natural hosts to endogenously produced Gag protein in the absence of other viral genes were compared and the influence of such endogenous priming on the immune response to infection was evaluated. This was achieved by bioballistic immunisation of AGMs and rhesus macaques with codon-optimised DNA coding for SIVagm or SIVmac Gag protein delivered together with DNA coding for the species-specific GM-CSF cytokine. Prior to the primate studies, the DNA constructs were evaluated in BALB/c and C57Bl/6 mice for immunogenicity and protein expression. In contrast to the rhesus macaques, SIVagmGag DNA immunisation of African green mon-keys generally failed to prime for an anamnestic cellular immune response and primed for only a weak, transient anamnestic humoral response to the protein upon infection, despite the proteins resulting from both immunisation and infection being produced endogenously. Differences in protein processing and recognition (endogenous versus exogenous) do not therefore appear to account for the lack of priming for an anamnestic immune response seen using a protein immunogen. Rather, the results seem to indicate that an active suppression of the anti-Gag immune response may occur during infection of this natural host of SIV, possibly by the induction of anergy in Gag-specific Th cells.

Die angeborene Immunität ist in der Lage, Pathogene schon beim erstmaligen Eindringen zu erkennen und zu bekämpfen. Haupteffektoren der schnellen, angeborenen Immunantwort sind Makrophagen und polymorphkernige neutrophile Granulozyten. Diese erkennen und phagozytieren Pathogene und koordinieren die weitere Immunantwort durch die Freisetzung von inflammatorischen Mediatoren und Zytokinen. Die Erkennung mikrobieller Bestandteile, wie Lipopolysaccharid (LPS) Gram-negativer Bakterien bzw. Peptidoglykan (PG) und Lipoteichonsäuren (LTA) Gram-positiver Bakterien, führt zur Aktivierung von unterschiedlichen Proteinkinasen, des Transkriptionsfaktors NF-(B und zur Freisetzung von Zytokinen. Mitglieder der Toll-Proteinfamilie, sogenannte Toll-like-Rezeptoren (TLR), wurden kürzlich als Rezeptoren auf Immunzellen identifiziert, die für die Erkennung solcher mikrobieller Bestandteile verantwortlich sind. Während TLR-4 der LPS-Erkennung dient, und TLR-2 und -6 verschiedene Liganden von Gram-positiven Bakterien binden, blieb die Frage der Erkennung von LTA und verwandten Glykolipiden strittig. Sowohl TLR-2 als auch TLR-4 wurden für diese Rolle diskutiert. Zielsetzung dieser Arbeit war, die Rolle von TLRs in der LTA- und Glykolipid-Erkennung zu untersuchten. Glykolipide von zwei eng verwandten Treponemen-Spezies, T. maltophilum (TM) und T. brennaborense (TB), sowie neuartig aufgereinigte Lipoteichonsäuren von Staphylococcus aureus (SA) und Bacillus subtilis (BS) wurden eingesetzt, um die nukleäre Translokation von NF-(B in verschiedenen Zellsystemen zu induzieren. Diese Zellstimulationsexperimente wurden mit verschiedenen TLR-2-negativen Zellinien sowie mit Peritonealexsudatzellen TLR-4-defizienter C3H/HeJ-Mäuse durchgeführt. Weitere Informationen lieferten TLR-2-Überexpressions-Experimente sowie Zellstimulationen unter Verwendung von anti-TLR-4-Antikörpern. Die Aktivierung von NF-(B wurde anhand von Gelshifts nachgewiesen. Mit der Überexpression von dominant-negativen Mutanten verschiedener Moleküle der Signalkaskade, mit Kinase-Hemmstoffen und mit Western Blots wurden die intrazellulären Signaltransduktionswege untersucht. Für Glykolipide von T. maltophilum und beide verwendeten Lipoteichonsäuren ließ sich eine klare TLR-2-Abhängigkeit in der Aktivierung von NF-(B und der Induktion von proinflammatorischen Zytokinen zeigen. Die Glykolipide von T. brennaborense hingegen waren überraschender Weise gleichzeitig auch TLR-4-Liganden. Beide untersuchten Glykolipide sowie beide LTAs aktivierten einen Signalweg unter Einbeziehung des Adaptermoleküls MyD88 und der NF-(B-induzierenden Kinase (NIK). Des weiteren konnte der Einfluß der MAP-Kinasen p42/44 und p38 auf die Treponema-Glykolipid- und LPS-induzierte TNF-(-Ausschüttung dargestellt werden. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, daß TLR-2 der Hauptrezeptor von Lipoteichonsäuren ist, und TLR-2 und -4 beide Rezeptoren der Treponema-Glykolipide sein können. Diese Ergebnisse sollten dazu beitragen, die molekularen Grundlagen der Reaktionen des Immunsystems auf Gram-positive Bakterien und Treponemen zu verstehen. / The innate immune response to microbial pathogens is able to protect the host after a first pathogen contact. This immediate immune response is largely mediated by macrophages and neutrophils. They recognize and phagocytose pathogens, and coordinate host responses by secreting inflammatory mediators, such as cytokines. The recognition of lipopolysaccharide (LPS) of Gram-negative bacteria, or peptidoglycan (PG) and lipoteichoic acids (LTAs) of Gram-positive bacteria leads to the induction of protein-kinases, the transcription factor NF-(B, and subsequently the release of proinflammatory cytokines. Recently, members of the Toll-protein-family, the so-called Toll-like receptors (TLRs) have been found to be involved in immune cell activation by microbial products. While TLR-4 has been identified as the transmembrane signal transducer for LPS, and TLR-2 and -6 for different ligands originating from Gram-positive bacteria, the molecular basis of recognition of lipoteichoic acids and related glycolipids has not been completely understood: Both, TLR-4 and -2 have been postulated as receptors. In order to determine the role of TLRs in immune cell activation by Treponema glycolipids and LTAs experiments involving TLR-2-negative cell lines, macrophages from TLR-4-deficient C3H/HeJ-mice, cells overexpression TLR-2, and inhibitory TLR-4 antibodies were performed. The induction of NF-(B was assessed by electrophoretic mobility shift assays. Glycolipids of two related Treponema species, T. maltophilum (TM) and T. brennaborense (TB), and LTAs from Staphylococcus aureus (SA) and Bacillus subtilis (BS) were investigated for induction of nuclear translocation of NF-(B in different cell systems. Glycolipids from T. maltophilum and both LTAs studied revealed TLR-2-dependency in induction of NF-(B and proinflammatory cytokines. Surprisingly, glycolipids from T. brennaborense were found to be TLR-4-ligands. Furthermore an involvement of the signaling molecules MyD88 and NIK in cell stimulation by LTAs and glycolipids was revealed by dominant-negative overexpression experiments. The induction of TNF-( by Treponema glycolipids furthermore was dependent on activation of MAP kinases p42/44 and p38, as indicated by specific kinase inhibitors. Tyrosinephosporylation of the p42/44 kinase induced by Treponema glycolipids were detected by western blots. In summary, the results presented here indicate that TLR-2 is the main receptor for LTAs. Both TLR-2 and -4 serve as receptors for Treponema glycolipids. These results may potentially contribute to explain immune responses to Gram-positive bacteria and treponemes.

Adaptive Immunantworten gegen Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) sind von entscheidender Bedeutung für die effektive Eindämmung des Erregers sowie den Schutz vor einer erneuten, sekundären Tuberkulose (TB). Obwohl Schlüsselfaktoren wie die Th1 Zytokine IFN-gamma und TNF-alpha bekannt sind, blieben Bemühungen zur Identifizierung eindeutiger immunologischer Parameter, welche ausschlaggebend für den Krankheitsverlauf sind, bislang erfolglos. Ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Immunprozesse sowie die Identifikation projektiver Biomarker für TB sind zentrale Ziele dieser Arbeit. Zur Bearbeitung dieser Fragestellungen wurden adaptive Immunantworten gegen M. tuberculosis in gesunden Probanden mit LTBI und Patienten mit aktiver TB analysiert. Hierfür wurde die Erkennung unterschiedlicher Proteine des Erregers durch die Messung IFN-gamma exprimierender CD4+ CD45RO+ Gedächtnis T Zellen untersucht. Eine Besonderheit war die Einbeziehung sogenannter Latenz-assoziierter Proteine, welche in Zusammenhang mit Dormanz und Reaktivierung des Bakteriums stehen. 7 Tage in vitro Inkubation in Verbindung mit einer zweimaligen Restimulation belegten eine spezifische Erkennung durch CD4+ CD45RO+ T Zellen für die Mehrheit der getesteten Proteine bei Spendern mit LTBI. Der darauf folgende Vergleich zwischen Patienten mit aktiver TB und Personen mit LTBI zeigte signifikant höhere T Zell Antworten für 7 der 35 M. tuberculosis Proteine während LTBI. Bemerkenswerterweise konnten spezifische T Zellen für eines der Protein, nämlich Rv3407, ausschließlich während LTBI gemessen werden und nicht bei Patienten mit aktiver TB. Diskriminanz Analysen zeigten, dass eine Unterscheidung zwischen LTBI und TB Patienten basierend auf T Zell Antwort gegen ausgewählte Latenz-assoziierte Antigene mit einer Genauigkeit von 82% möglich ist. Erneut erwies sich Rv3407 als der mit Abstand bedeutendste Faktor innerhalb der ausgewählten M. tuberculosis Proteine. / Adaptive immune responses to Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) are crucial for an efficient containment of the pathogen and protection against secondary tuberculosis (TB). Although key mediators like the Th1 cytokines IFN-gamma and TNF-alpha released by M. tuberculosis-specific T cells are known, the immunological correlates determining the outcome of infection remain elusive. A better understanding of the underlying immune processes and the identification of protective biomarkers for TB are central aims of this thesis. To address these topics adaptive immune responses to M. tuberculosis were analyzed in healthy LTBI and patients with active pulmonary TB. The recognition of M. tuberculosis derived antigens was studied by measuring the expression of IFN-gamma in CD4+ CD45RO+ memory T cells. A special hallmark was the inclusion of latency proteins associated with dormancy, reactivation and resuscitation of the pathogen. Seven days in vitro incubation of PBMC and two rounds of restimulation followed by FACS analysis revealed T cell mediated recognition of the majority of tested latency-associated proteins in donors with LTBI. Comparison between active TB and LTBI documented significantly higher T-cell responses against 7 of 35 tested M. tuberculosis latency-associated antigens in LTBI. Notably, T cells specific for one M. tuberculosis antigen, namely Rv3407, were exclusively detected in the subgroup of LTBI. Discrimination analysis revealed that the T-cell response against selected antigens with our novel assay is capable of distinguishing TB patients and LTBI with 82% accuracy using cross-validation. Again Rv3407 was by far the most influential component present in this cluster. Peptide pool stimulation in a similar fashion identified single distinct candidate epitopes within Rv3407 in four LTBI.

Wirtszellen verfügen über bisher unzureichend verstandene zellautonome Immunmechanismen zur Abwehr von intrazellulären Bakterien. In dieser Arbeit wurden zwei Abwehrmechanismen charakterisiert, die in Endothelzellen und Makrophagen Infektionen durch C. pneumoniae bekämpfen. Es konnte gezeigt werden, dass C. pneumoniae über einen MAVS-abhängigen Signalweg in humanen Endothelzellen erkannt wird. Diese Erkennung aktiviert die Transkriptionsfaktoren IRF3 und IRF7 und nachfolgend eine IRF3/7-abhängige Typ I-IFN-Produktion. Typ I-IFN bewirken auto- und parakrin eine Kontrolle der intrazellulären Infektion mit C. pneumoniae. Zum anderen wurde gezeigt, dass das mitochondriale Molekül NLRX1 eine zellautonome Abwehr gegen C. pneumoniae in Endothelzellen und in Makrophagen vermittelt. Diese NLRX1-abhängige intrazelluläre Abwehr ist unabhängig von verschiedenen, bisher mit NLRX1 in Verbindung gebrachten Signalwegen. Die Ergebnisse zeigen somit zum ersten Mal, dass NLRX1 eine zellautonome Abwehr gegen intrazelluläre Bakterien vermittelt. Daraus gewonnene Erkenntnisse sowie die Ergebnisse zukünftiger Arbeiten zur Klärung der NLRX1- und MAVS-aktivierenden chlamydialen Moleküle und den durch Typ-I-IFN-abhängigen intrazellulären Abwehrmechanismen könnten bei der Erforschung neuartiger antibakterieller Therapien hilfreich sein. Diese ist angesichts der weltweiten signifikanten Zunahme von mehrfach-resistenten Infektionserregern, unbedingt notwendig. / The cell autonomous defense mechanisms against intracellular bacteria in host cells are so far insufficiently understood. In the present work two defense mechanisms involved in the elimination of C. pneumoniae in endothelial cells and in macrophages were characterized. It could be shown that C. pneumoniae is recognized by a MAVS-dependent signaling pathway in human endothelial cells. This recognition activates the transcription factors IRF3 and IRF7 and subsequently an IRF3/7-dependent type I-IFN production. Type-I-IFNs induce an auto- and paracrine control mechanism against the intracellular infection with C. pneumoniae. Additionally it could be shown for the first time that the mitochondrial NLR molecule NLRX1 mediates a cell autonomous defense mechanism against C. pneumoniae and most likely other intracellular bacteria in human endothelial cells and murine macrophages. This NLRX1-dependent intracellular defense mechanism is independent of the different mechanisms which were so far linked to NLRX1. The outcome of this work and future studies to identify chlamydial molecules responsible for the activation of the MAVS- and NLRX1-dependent signaling pathways as well as the effector mechanisms responsible for Type-I-IFN-dependent control of intracellular chlamydial replication could be very helpful in the development of novel antibacterial therapies.

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