This study was conducted to investigate the role of natural killer cell surface receptors, KIRs and their cognate HLA ligands in preventing HIV-1 acquisition and disease progression in HIV-1 exposed infants. Using DBS stored for 8 years from 21 pregnant South African women we evaluated 3 methods of gDNA extraction with and without whole genome amplification (WGA) to characterize immune-related genes: IL-10, KIR and HLA class I. However, IL-10 SNP typing was only for testing the quality of gDNA. QIAamp DNA mini kit yielded the highest gDNA quality (p<0.05; Wilcoxon Signed Rank Test) with sufficient yield for subsequent analyses. In contrast, WGA was not reliable for SSP-PCR analysis of KIR2DL1, KIR2DS1, KIR2DL5, and KIR2DL3 or high resolution HLA genotyping using a sequence-based approach. A cohort of 370 infants; 124 HIV-1 perinatally infected, 120 exposed uninfected and 126 unexposed healthy infants was used for KIR and HLA genotyping. After adjustment for viral load and multiple comparisons, the frequency of HLA-Cw*04:01 allele was likely to be associated with susceptibility to mother-to-child acquisition of HIV-1 in exposed infected (EI) infants (p=0.05; Logistic Regression analysis). HLA-A*23:01 was likely to be associated with decreased CD4 T lymphocyte count in HIV-1 infected infants (p=0.01; ANOVA), whereas HLA-B*81 tended to be associated with higher CD4 T lymphocyte count (p=0.04, ANOVA). We speculate that HLA-Cw*04:01 interacts with KIR2DL1 and inhibit NK cell responses which predispose the infants to HIV-1 infection. KIR2DS1 and KIR2DL5 were both associated with faster HIV-1 disease progression. Identified protective HLA-class I alleles could be used to present viral epitopes to either NK cells via KIRs or CTLs and enhance immune activation which may promote resistance to HIV-1 infection. / Thesis (M.Med.Sc.)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2012.

Die Lichtensteinhöhle ist eine Klufthöhle im Berg Lichtenstein in den Harzausläufern. Im anthropogenen Teil der Höhle wurden größere Mengen disoloziert vorliegender Menschenknochen gefunden. Über assoziierte archäologische Artefakte und 14C-Datierungen erfolgte eine Einordnung ins 10.–9. Jh. v. Chr.. Aufgrund eines Überzuges mit Gipssinter und konstant niedriger Temperaturen war ein herausragend guter Erhaltungszustand der Knochen und der enthaltenen aDNA gegeben. Dies ermöglichte umfangreiche anthropologische Forschungsarbeiten an den menschlichen Überresten aus der Lichtensteinhöhle. Eine zentrale Fragestellung zu Beginn der Forschungsarbeiten war, ob es sich um eine Opferstätte oder einen Bestattungsplatz handelt. Es konnte für die zunächst identifizierten 40 Individuen ein ausgewogenes Geschlechterverhältnis und eine Altersverteilung über alle Altersklassen hinweg nachgewiesen werden. Zudem konnten mittels molekulargenetischer Methoden verwandtschaftliche Beziehungen zwischen den Individuen aufgedeckt werden. Die Verwandtschaftsrekonstruktion ergab den Stammbaum eines Familienclans. Damit lagen eindeutige Hinweise für eine Nutzung als Bestattungsplatz vor. Während molekulargenetischer Reihenuntersuchungen verschiedener Skelettelemente und morphologischer Zuordnungen von Skelettelementen zu Individuen wurde deutlich, dass Knochen von mehr Individuen als den 40 bislang identifizierten vorhanden waren. Zudem deutete sich an, dass für nahezu alle Individuen nicht alle Knochen in der Höhle aufgefunden worden waren. Das Fehlen von Skelettelementen warf die Frage auf, ob es sich bei der Lichtensteinhöhle nicht um einen Primär- sondern um einen Sekundärbestattungsplatz handeln könnte. Im aktuell durchgeführten Forschungsprojekt wurden, unter Verwendung morphologischer und molekulargenetischer Methoden, die Zuordnungen der dislozierten Knochen zu Individuen zu Ende geführt. Die rekonstruierten Individuen wurden umfassend morphologisch und molekulargenetisch untersucht, mit dem Ziel, die demografische Struktur der Population zu erschließen und die Verwandtschaftsrekonstruktion auszuweiten. Zudem wurde den Fragen der Nutzungsdauer und der genauen Nutzungsart der Höhle nachgegangen. Es konnten 60 Individuen identifiziert werden. Nur für zwei der Individuen wurden alle bei den Zuordnungen berücksichtigten Skelettelemente vorgefunden. An den Knochen zeigten sich nur wenige Fälle degenerativer Veränderungen. Dies ließ darauf schließen, dass die in der Lichtensteinhöhle bestatteten Menschen nicht übermäßig harter körperlicher Belastung ausgesetzt waren. Spuren massiver Gewalteinwirkung fehlten vollständig. Dies macht es unwahrscheinlich, dass die bestattete Population in kriegerische Auseinandersetzungen involviert war. Einige wenige verheilte Frakturen an Rippen oder Schlüsselbein lassen sich problemlos auf Alltagsunfälle zurückführen. Spuren von Mangel- oder Stressphasen waren nur in Einzelfällen nachweisbar. Dies deutet darauf hin, dass die Bestatteten zu Lebzeiten kontinuierlichen Zugang zu ausreichenden Nahrungsressourcen hatten. Das Geschlechterverhältnis war ausgewogen und die Altersverteilung entsprach in den Grundzügen der für eine historische Population zu erwartenden. Eine fesgestellte Unterrepräsentanz von Individuen der Altersklasse Infans I könnte als Hinweis darauf interpretiert werden, dass tatsächlich Sekundärbestattungen praktiziert wurden und die sehr kleinen, fragilen Knochen der Infans I Individuen zum Zeitpunkt der Umbettungen bereits vergangen waren. In begleitenden Arbeiten durchgeführte statistischen Analysen verschiedener Merkmale, wie z.B. Unterschiede im Grad der DNA-Degradierung, lieferten weitere Hinweise in die Richtung, dass es sich bei der Lichtensteinhöhle um einen Sekundärbestattungsplatz handeln dürfte. Für alle neu identifizierten Inividuen wurden mittels molekulargenetischer Analysen die genetischen Fingerabdrücke sowie die mitochondraialen und Y-chromosomalen Haplotypen bestimmt. Die anschließende Verwandtschaftsrekonstruktion ergab einen erweiterten Stammbaum, in dem für 47 der 60 Individuen entweder direkte Verwandtschaft oder aber Verwandtschaft in mütterlicher oder väterlicher Familienlinie belegt ist. Der Stammbaum umfasst insgesamt sechs Generationen. Dies entspricht – bei einer angenommenen Generationendauer von 20 Jahren – einer Nutzungsdauer von 120 Jahren und passt somit gut zum archäologisch ermittelten Nutzungszeitraum. Die Auswertung der Diversität der mitochondrialen und Y-chromosomalen Haplotypen ergab Hinweise auf eine patrilokale Gesellschaftsform. In begleitenden Arbeiten wurden weitere genetische Marker – z.B. für die Augen- und Haarpigmentierung, die immungenetische Ausstattung oder auch für den Laktosetoleranzstatus – analysiert. Insgesamt zeigte sich, dass sich in vielerlei Hinsicht die genetische Ausstattung heutiger Populationen im Vergleich zu der vor 3.000 Jahren nicht grundlegend unterscheidet. Lediglich für die Frequenz des Laktosetoleranz verursachenden Allels war eine deutliche Zunahme seit der Bronzezeit zu verzeichnen.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / CD4 T helper cells control immunity to pathogens and the development of inflammatory disease by acquiring the ability to secrete effector cytokines. Cytokine responsiveness is a critical component of the ability of cells to respond to the extracellular milieu by activating Signal Transducer and Activator of Transcription factors that induce the expression of other transcription factors important for cytokine production. STAT4 is a critical regulator of Th1 differentiation and inflammatory disease that attenuates the gene-repressing activity of Dnmt3a. In the absence of STAT4, genetic loss of Dnmt3a results in de-repression of a subset of Th1 genes, and a partial increase in expression that is sufficient to observe a modest recovery of STAT4-dependent inflammatory disease. STAT4 also induces expression of the transcription factors Twist1 and Etv5. We demonstrate that Twist1 negatively regulates Th1 cell differentiation through several mechanisms including physical interaction with Runx3 and impairing STAT4 activation. Following induction by STAT3-activating cytokines including IL-6, Twist1 represses Th17 and Tfh differentiation by directly binding to, and suppressing expression of, the Il6ra locus, subsequently reducing STAT3 activation. In contrast, Etv5 contributes only modestly to Th1 development but promotes Th differentiation by directly activating cytokine production in Th9 and Th17 cells, and Bcl6 expression in Tfh cells. Thus, the transcription factors Twist1 and Etv5 provide unique regulation of T helper cell identity, ultimately impacting the development of cell-mediated and humoral immunity.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Background: Bacterial adherence to the acquired dental pellicle, important in caries, is mediated by receptor-adhesin interactions such as Streptococcus mutans antigen I/II (I/II). Ten I/II epitopes from the A, V, P and C regions were chosen to determine their reactivity in human saliva. Underlying the body’s ability to immunologically respond to bacteria that lead to caries are the human leukocyte antigen (HLA) genes, specifically HLA class II (HLA-II) genes that control antigen presentation. Previous studies suggested that a specific HLA biomarker group (HLA-DRB1*04) may have differential control of immune responses to I/II. However, it was not known whether secretory IgA (SIgA) responses to the selected epitopes from HLA-DRB1*04 positive subjects were different compared to their non-biomarker counterparts (negative), or across other caries factors, since no study to date had thus assessed these questions. Methods: Per IRB approval, the study population was divided into age, sex and race matched DRB1*04 positive (n=16) and negative groups (n=16). SIgA-epitope (and whole cell) reactivity was determined using ELISA. Other caries factors were measured. Subjects received a clinical exam by a trained examiner. ix Differences between DRB1*04 positive and negative groups were examined using a two-sided, two-sample t-test. Results: DRB1*04 positive subjects had numerically, but not statistically, higher reactivity to 9 out of 10 epitopes, the exception being residues 834-853 from the V and P regions of I/II across multiple measures. Though statistically insignificant, DRB1*04 positive subjects also exhibited 25-30 μg mL-1 less total IgA (TIgA) than negative counterparts. All clinical caries data proved inconclusive when comparing groups, likely due to exogenous factors and sample size. Conclusion: DRB1*04 positive subjects showed a trend toward lower TIgA. Moreover, they also showed a lower SIgA response across multiple measures to 834-853, the I/II V and P region epitope. This region forms a sort of functional epicenter involved in collaboration between domains along the entire I/II antigen, and governs the region involved in initial attachment to the acquired dental pellicle. This region may be involved in an in vivo discontinuous conformationally specific immunogenic epitope that serves as an HLA-II binding motif which remains elusive.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The potential of hematopoietic stem cells (HSC) to home and to anchor within the bone marrow (BM) microenvironment controls the ability of transplanted HSCs to establish normal hematopoiesis. Activated Leukocyte Cell Adhesion Molecule (ALCAM; also identified as CD166), which participates in homophilic interactions, is expressed on a group of osteoblasts in the hematopoietic niche capable of sustaining functional HSC in vitro. Since we could also detect ALCAM expression on HSC, we suspect that ALCAM may play a role in anchoring primitive hematopoietic cells to ALCAM expressing components of the hematopoietic niche via dimerization. We investigated the role of ALCAM on the homing abilities of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) by calculating recovery frequency of Sca-1+ALCAM+ cells in an in vivo murine bone marrow transplantation model. Our data supports the notion that ALCAM promotes improved homing potential of hematopoietic Sca-1+ cells. Recovery of BM-homed Sca-1+ cells from the endosteal region was 1.8-fold higher than that of total donor cells. However, a 3.0-fold higher number of Sca-1+ALCAM+ cells homed to the endosteal region compared to total donor cells. Similarly, homed Sca-1+ALCAM+ cells were recovered from the vascular region at 2.1-fold greater frequency than total homed donor cells from that region, compared to only a 1.3-fold increase in the recovery frequency of Sca-1+ cells. In vitro quantitation of clonogenic BM-homed hematopoietic progenitors corroborate the results from the homing assay. The frequency of in vitro clonogenic progenitors was significantly higher among endosteal-homed Sca-1+ALCAM+ cells compared to other fractions of donor cells. Collectively, these data demonstrate that engrafting HSC expressing ALCAM home more efficiently to the BM and within the BM microenvironment, these cells preferentially seed the endosteal niche.