Typ 1 NKT Zellen oder iNKT Zellen (invariante Natürliche Killer T Zellen) stellen eine Subpopulation der abT Zellen dar, die sich durch mehrere charakteristische Eigenschaften aus- zeichnet. Ihr Hauptmerkmal ist die Expression eines semi-invarianten T Zellrezeptors (TCR), der die Bindung von CD1d:Glycolipid Komplexen ermöglicht, wohingegen ‚klassische‘ T Zellen an Komplexe aus MHC (Haupthistokompatibilitätskomplex) Molekülen und Peptiden binden. Die während der Reifung im Thymus durch Transkriptionsfaktoren festgelegte Voraktivierung der iNKT Zellen ermöglicht das unmittelbare Freisetzen von Cytokinen bei Antigenkontakt, wodurch iNKT Zellen die adaptive Immunantwort stark beeinflussen können: Sie tragen sowohl zur Regulation von Autoimmunerkrankungen als auch der Bekämpfung von Krebs und Infektionen bei. Der iNKT TCR setzt sich aus einer invarianten a-Kette (AV14/AJ18 in der Maus bzw. AV24/AJ18 im Menschen) und einer charakteristischen Auswahl an b-Ketten (vorwiegend BV8S2, BV7 und BV2 in der Maus und BV11 im Menschen) zusammen. Das Cerebrosid a-Galactosylceramid (aGC, KRN7000) stellt eines der potentesten Antigene für iNKT Zellen dar. Die Präsentation dieser Antigenklasse erfolgt durch CD1d Moleküle, die, abgesehen von tiefen hydrophoben Bindungstaschen, strukturell MHC I Molekülen ähneln, jedoch nicht polymorph sind und außerhalb des MHC Locus codiert sind. Die, zwischen Maus und Mensch hochkon- servierte, Interaktion von iNKT TCR und CD1d:aGC Komplex zeichnet sich bei potenten Antigenen durch die eingeschränkte Nutzung der Antigenspezifität bestimmenden Regionen aus: CDR1a, CDR3a und CDR2b. Die den CDR3b definierende V-D-J Umlagerung der b-Kette stellt im iNKT TCR den Bereich der höchsten Variabilität dar, beeinflusst jedoch nur die Bindung schwächerer Antigene. Natürlich auftretende Variabilität innerhalb der a-Kette kann durch Abweichungen von der kanonischen V-J Umlagerung am Beginn des CDR3a entstehen und beeinflusst ebenfalls die Bindung des iNKT TCR. Die iNKT Zellpopulation in F344 Ratten ähnelt in Frequenz und Korezepotorexpression derjenigen des Menschen. Ratten besitzen ein CD1D Gen, welches hoch homolog zu denen der Maus ist und zwei dem BV8S2 Gensegment der Maus homologe BV Segmente (BV8S2 und BV8S4), die in F344 Ratten beide funktionell sind. Eine Besonderheit der Ratte ist jedoch das Auftreten einer AV14 Multigenfamilie von bis zu zehn Gensegmenten. Diese unterscheiden sich neben dem HV4 vor allem in ihren CDR2 Sequenzen und werden anhand dieser Unterschiede in zwei Gruppen (Typ 1 und 2) eingeteilt. Zusätzlich wurde in der iNKT Zellpopulation eine hohe Frequenz an natürlich auftretenden A93G Substitutionen in der TCR↵ Kette beschrieben und es wurde gezeigt, dass, im Gegensatz zur Kreuzreaktivität zwischen iNKT TCR und CD1d von Maus und Mensch, iNKT Zellen der Ratte nicht an Maus CD1d binden. Die Besonderheiten des Ratten iNKT TCR und deren Auswirkungen auf die TCR Expression und Ligandenbindung der Ratten iNKT Zellpopulation wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Durch in dieser Arbeit durchgeführte in vitro Mutagenesestudien konnten Position 68 in der vierten Hypervariablen Schleife (HV4↵) und Position 93 zu Be- ginn des CDR3↵ als entscheidende Modulatoren der CD1d Bindung im iNKT TCR von Ratte und Maus identifiziert werden, wobei auch speziesspezifische Unterschiede aufgedeckt werden konnten. Die Spezieskreuzreaktivität des Ratten iNKT TCR selbst hing stark von einer A93G Substitution im TCRa ab. Bei Untersuchungen der b-Kette zeigte sich, dass sowohl BV Segmente als auch CDR3b Region die Ligandenbindung in differenziellem Zusammenspiel beeinflussen, was bei Paarung mit unterschiedlichen AV14 Segmenten verschieden ausgeprägt sein konnte. Weiterhin wurden humane CD1d Dimere generiert und zum ersten Mal die Bindung von Ratten CD1d an humane iNKT TCR gezeigt. Weiterhin wurde in dieser Arbeit das TCR Repertoire von iNKT Zellen der F344 Ratte und deren CD1d Bindungseigenschaften charakterisiert. Hierzu wurde die bereits etablierte Methode der in vitro Expansion von iNKT Zellen aus der Rattenmilz weiterentwickelt, was die Langzeitkultur und -expansion der sortierten iNKT Zellpopulation ermöglichte. Bei Untersuchung der TCR Expression konnte gezeigt werden, dass die Auswahl der im Ratten iNKT TCR genutzten BV Gensegmente ähnlich limitiert ist wie in der Maus. Neben der dominanten Nutzung der BV8S4 und BV8S2 Gensegmente wurden hauptsächlich BV8S1, BV14 und BV7 gefunden. Bei Untersuchungen der CD1d Dimerbindung der iNKT Zellpopulation konnte der Einfluss der na- türlich auftretenden A93G Substitution in der iNKT TCRa Kette bestätigt werden. Außerdem zeigte sich hier ebenfalls der Einfluss des BV Gensegments auf die Ligandenbindung, wobei BV8S4 negative Zellen im Vergleich zu BV8S4 positiven Zellen eine stärkere Ratten CD1d Dimerbindung zeigten. / Type 1 NKT cells, also called iNKT cells (invariant Natural Killer T cells), are a subpopulation of abT cells with characteristic features. Their hallmark is the expression of a semi-invariant T cell receptor (TCR) which binds CD1d:glycolipid complexes. This is in contrast to ‚conventional‘ T cells which bind complexes of MHC (major histocompatibility complex) molecules and peptides. iNKT cells show a transcription factor dependend, preactivated phenotype which is obtained during their development in the thymus. This allows for immediate cytokine release after antigen encounter and enables iNKT cells to strongly influence the adaptive immune re- sponse: They are not only able to help regulating autoimmune diseases, but also contribute to the clearance of cancer and infections. The iNKT TCR is composed of an invariant a-chain (AV14/AJ18 in mice, AV24/AJ18 in humans) and a limited number of � chains (mostly BV8S2, BV7 and BV2 in mice and BV11 in humans). a-galactosyceramide (aGC, KRN7000), a cerebroside, is one of the most potent iNKT cell antigens known so far. iNKT cell antigens are presented by CD1d, a non polymorphic molecule which is encoded outside the MHC locus. CD1d molecules resemble MHC I structurally but possess deep hydrophobic pockets as antigen binding grooves. The iNKT TCR interaction with CD1d:aGC complexes is highly conserved between mice and humans. Its binding mode is characteristic for the restricted CDR (complementarity determining region) usage and relies mostly on CDR1a, CDR3a and CDR2b. The only highly variable region within the iNKT TCR, the CDR3b defining diverse V-D-J rearrangement of the TCRb chain, has been shown to only influence binding to less potent antigens. Natural variability within the TCRa chain is usually only possible due to non canonical AV14/AJ18 rearrangements at the beginning of CDR3a and has been shown to indirectly influence ligand binding. The iNKT cells in F344 rats resemble human iNKT cells in terms of frequency and coreceptor expression profile. Rats have one CD1D gene, highly homologous to those found in mice, and two BV8S2 homologs (BV8S2 and BV8S4 ), which are both functional in F344 rats. Peculiar for the rat is the presence of an AV14 gene family with up to ten members, which have been grouped by their CDR2↵ sequences into Type 1 and 2, and a high frequency of A93G substitutions within the iNKT TCRa chains. Additionally, in contrast to the species cross-reactive interaction of iNKT TCR and CD1d from mice and humans, a lack of mouse CD1d binding by the rat iNKT TCR has been demonstrated. Those characteristic features of the rat iNKT TCR and its influence on TCR expression and ligand binding of rat iNKT cells were investigated in this study. Due to in vitro mutagenesis studies conducted in this thesis, position 68 within the fourth hypervariable loop of the TCRa chain (HV4a) as well as position 93 at the start of CDR3a could be identified as strong modulators of CD1d binding within the iNKT TCR of rat and mouse with specific features for both species. Furthermore, species cross-reactivity of rat iNKT TCR was found to be strongly enhanced due to the naturally occuring A93G substitution within the rat TCRa chain. The analysis of the rat iNKT TCRb chain showed that BV segments as well as the highly diverse CDR3b region influence CD1d binding in a complex interplay, which also differs depending on the paired a-chain. Furthermore, human CD1d dimers were generated and for the first time binding of rat CD1d to human iNKT TCRs could be shown. Additionally, the TCR repertoire of F344 rat iNKT cells and its ligand binding has been characterized in this study. For this purpose, the already established in vitro expansion of rat iNKT cell from splenocytes was further developed, allowing long term culture and expansion of purified iNKT cell populations. Analysis of the TCR expression did reveal a restricted BV segment usage, similar to mouse iNKT cells. Besides the predominant usage of BV8S2 and BV8S4 gene sements, mainly BV8S1 BV14 and BV7 were found. CD1d dimer binding studies confirmed the influence of the A93G substitution on ligand binding properties of the rat iNKT cell population and the influence of different BV segments on CD1d binding could also be seen by comparison of BV8S4 positive and negative iNKT cell subpopulations, where BV8S4 usage led to a lower rat CD1d binding profile.

Objective: Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic, systemic, inflammatory autoimmune disease. Enhanced B cell activity has been proposed in the pathogenesis of RA along with different pro-inflammatory cytokines such as interleukin 6 (IL-6) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α), critically involved in chronic inflammation. Biological agents targeting these cytokines IL-6 and TNF-α have considerably advanced treatment of autoimmunity. Enhanced B cell activity, particularly memory B cells gained particularly interest in evaluating response during therapies from biologics. Human peripheral memory B cells can be distinguished by the phenotypic expression of CD27 and IgD defining three major B cell subpopulations: CD27+IgD+ pre-switch, CD27+IgD- post-switch and CD27-IgD- double negative (DN) memory B cells. Therefore, we analyzed different memory populations during cytokine inhibition by using tocilizumab (anti-IL-6R, TCZ) and adalimumab (anti-TNF-α, ADA), with focus on DN B cells Suspended. DN B cells lacking the conventional memory marker CD27, but due to their mutational Ig repertoire (IgR) considered in the memory compartment. However, only scare data are available for this DN subpopulation in RA. Methods: Phenotype analysis of activation markers (CD95 and ki-67) of B cell and their subsets were compared in RA patients (median age ~56 years) and in HD. DN memory B cells were phenotypically analyzed from RA patients during IL-6R or TNF-α inhibition at baseline week 12, week 24 and 1 year. Single B cell PCR approach was used to study Ig- receptors VH genes and isotype specific genes. Nonparametric Wilcoxon matched pair test and Mann-Whitney U test was used for statistical analysis by using GraphPadPrism 5. Univariate logistic regression was used to calculate odd ratios and correlation using Pearson r using SPSS statistics 22. Results: Surface and intracellular staining of B cells showed a significantly higher percentage of CD95 and ki-67 expressions in RA, which was highest in post-switch memory B cells followed by pre-switch and DN memory B cells. During cytokines (IL-6R & TNF-α) inhibition, both CD95 and ki-67 expression were significantly reduced at week 12 and 24 along with reduction in their clinical parameters like DAS28, CRP, ESR. Furthermore, the phenotypic analysis in 107 RA patients and 49 healthy donors (HD) showed a significantly expanded population of DN B cells in RA which contain a heterogeneous mixture of IgA, IgG and IgM expressing cells with a clear dominance of IgG+ cells. Pre-therapy analysis of rearranged IgR sequences from patients (n=9) revealed that DN B cells carry rearranged heavy chain gene sequences with a diversified mutational pattern consistent with memory B cells. In contrast to tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) inhibition, a significant reduction in mutational frequency of BCR gene rearrangements at week 12, 24 and 1 year (p < 0.0001) was observed by in vivo IL-6R inhibition. These changes were observed for all BCR isotypes IgG, IgA and IgM at week 12, 24 and 1 year (p < 0.0001). IgA-RF, IgA serum level and IgA+ DN B cells decreased significantly (p < 0.05) at week 12 and week 24 during TCZ. Patients with a good European league against rheumatism (EULAR) response to TCZ had less DN B cells at baseline as compared to moderate responders (p = 0.006). Univariate logistic regression analysis revealed that the frequency of DN B cells at baseline is inversely correlated to a subsequent good EULAR response (p = 0.024) with an odds ratio of 1.48 (95% confidence interval as 1.05-2.06). Conclusion: Both anti-TNF-α and anti-IL-6R could reduce higher B cell activity and improve disease activity tremendously in RA patients. The heterogeneous DN B cell compartment is expanded in RA and dominated by IgG isotype. TCZ can modulate the mutational status of DN Ig isotype receptors over 1 year. Interestingly, the frequency of DN B cells in RA may serve as a baseline predictor of subsequent EULAR response to TCZ. / Die rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronische, systemische, und entzündliche Autoimmunerkrankung. Es wird angenommen, dass neben verschiedenen inflammatorischen Zytokinen wie beispielsweise Interleukin-6 (IL-6) und Tumor Nekrose Faktor alpha (TNF-α) auch eine verstärkte Aktivität von B-Zellen in chronischen Entzündungsprozessen involviert ist. Biologische Agenzien, die gezielt gegen die Zytokine IL-6 und TNF-α gerichtet sind, haben die Behandlungsmöglichkeiten der Autoimmunerkrankungen wesentlich vorangetrieben. Derzeit rückt eine verstärkte B-Zell Aktivität, insbesondere die von Gedächtnis B-Zellen, bei der Evaluierung von Reaktionen auf biologische Therapien in den Focus des Interesses. Humane periphere Gedächtnis B-Zellen können anhand der Expression von CD27 und IgD phänotypisch charakterisiert werden und lassen sich dadurch in drei Subpopulationen einteilen: CD27+IgD+ prä-switch, CD27+IgD- post-switch und CD27-IgD- doppelt negative (DN) Gedächtnis B-Zellen. Wir untersuchten die verschiedenen Gedächtnis B-Zell-Populationen während der Zytokininhibierung mittels Tocilizumab (anti-IL-6R, TCZ) und Adalimumab (anti-TNF-α, ADA), wobei der Focus auf DN B-Zellen lag. DN B-Zellen fehlt der konventionelle Gedächtniszellen-Marker CD27, sie werden aber aufgrund ihres mutierten Ig-Repertoires (IgR) den Gedächtniszellen zugeordnet. Für diese DN B-Zell Subpopulation gibt es allerdings bislang nur wenige Daten im Zusammenhang mit RA. Die B-Zell Subpopulationen von RA Patienten (durchschnittliches Alter ~56 Jahre) und gesunden Spendern (englisch: healthy donors, HD) gleichen Alters als Kontrolle, wurden hinsichtlich der Aktivierungsmarker, CD95 und ki-67, phänotypisch analysiert und verglichen. DN Gedächtnis B-Zellen von RA Patienten wurden phänotypisch zu Beginn der IL-6R oder TNF-α Inhibition, nach 12 und 24 Wochen sowie 1 Jahr nach Behandlungsbeginn bestimmt. Es wurden Einzel-PCR Analysen von B-Zellen durchgeführt, um die VH Gene der Ig-Rezeptoren und spezifische Gene zu typisieren. Für die statistischen Auswertungen wurde in GraphPad Prism 5 der‚nonparametric Wilcoxon matched pair test‘ und der‚ Mann-Whitney U test‘ verwendet. Die eindimensionale logistische Regression wurde angewandt, um Odd-Ratio und Korrelationen mittels Pearson r in SPSS Statistik 22 zu berechnen. Die phänotypische Analyse der Oberflächen und intrazellulären Färbungen der B-Zellen ergab einen signifikant erhöhten Prozentsatz der CD95 und ki-67-Expression in RA-Patienten, wobei die Expression am höchsten in post-switch Gedächtnis B-Zellen, gefolgt von prä-switch und DN Gedächtnis B-Zellen, war. Während der Zytokin-Inhibierung (IL-6R & TNF-α) war sowohl die CD95 als auch ki-67-Expression zum Zeitpunkt Woche 12 und Woche 24 signifikant reduziert, einhergehend mit der Verringerung klinischer Parameter wie DAS28, CRP und ESR. Weiterhin zeigte die phänotypische Analyse von 86 RA-Patienten und 49 HD eine deutlich expandierte DN B-Zell Population in RA-Patienten. Diese setzte sich aus einer heterogenen Mischung von IgA, IgG und IgM exprimierenden Zellen zusammen, wobei IgG+ B-Zellen deutlich dominierten. Die Analyse von neu-gruppierten IgR Sequenzen von B-Zellen aus RA Patienten (n=9) vor Therapiebeginn zeigte, dass DN B-Zellen umgruppierte Gensequenzen der schweren Ketten mit diversen Mutationsmustern tragen, wie es bei Gedächtnis B-Zellen der Fall ist. Im Gegensatz zur TNF-α-Hemmung ist bei der in vivo IL-6R-Inhibierung eine signifikante Reduktion der Mutationsrate innerhalb der umgruppierten der Gene der B-Zell Rezeptoren (BCR) nach 12 und 24 Wochen sowie nach 1 Jahr (p<0,0001) zu beobachten. Diese Änderungen waren bei allen BCR Isotypen IgG, IgA und IgM bei Woche 12, 24 und 1 Jahr (p<0.0001) zu sehen. IgA-RF, IgA-Serum Spiegel sowie IgA+ DN B Zellen nahmen 12 und 24 Wochen nach Beginn der Behandlung mit TCZ signifikant ab (p<0,05). Patienten mit einer guten klinischen Besserung (EULAR Antwort) auf TCZ hatten weniger DN B-Zellen vor Therapiebeginn im Blut als Patienten, die eine moderate Reaktion zeigten. Univariate logistische Regressionsanalysen zeigten, dass die Frequenz von DN B-Zellen vor Therapiebeginn invers mit einer sich anschließenden guten EULAR Antwort korreliert. Die Odds Ratio war 1,48 (95% Konfidenz Intervall wie 1,05-2,06). Im Ergebnis hat die Studie Phänotypen von aktivierten Gedächtnis B-Zellen und deren Untergruppen in Patienten mit aktiver RA nachgewiesen. Die höhere Expression des Oberflächenmarker CD95 und des intrazellulären Marker ki-67 spiegelt die Krankheitsaktivität wieder und korreliert mit dieser positiv. Signifikant höhere Populationen von CD27-IgD- DN B-Zellen in der RA stehen jedoch unabhängig von der Krankheitsaktivität in Bezug zum Ansprechen auf die Therapie. Diese erhöhten DN B-Zellen sind eine Mischung aus somatisch mutierten Isotyp IgG, IgA und IgM exprimierenden Zellen, wobei IgG Isotypen dominieren. Die TCZ Therapie bewirkt insbesondere eine Abnahme der Frequenzen von IgA+ DN Gedächtnis B-Zellen, zusammen mit einer Abnahme des Serum-IgA und RF-IgA-Spiegels. Auf molekularer Ebene ist zu sehen, dass mutierte DN B Zellen geringere Mutationen aufweisen als prä-switch und post-switch B-Zellen. Interessanterweise sind IgA+ DN B-Zellen am meisten unter allen 3 Isotypen mutiert. Die TCZ Therapie reduziert die Mutationsrate, auch innerhalb der RGYW Hotspots, in allen DN B-Zell Isotypen über einen Zeitraum von einem Jahr. Eine geringe Anzahl von DN Gedächtnis B-Zellen vor Therapiebeginn mit TCZ (anti-IL-6R) war mit einer verbesserten klinischen Antwort korreliert. Auf Grundlage dieser aktuellen Ergebnisse erscheinen DN Gedächtnis B-Zellen als möglicher Biomarker Kandidaten zu sein, um eine Reaktion auf eine TCZ Therapie anzuzeigen.

Das humane Genom besteht zu ungefähr 8 % aus humanen endogenen Retroviren (HERVs), jedoch sind viele aufgrund von Mutationen oder Deletionen nicht mehr funktionell. Trotzdem wurden funktionelle HERV-Proteine gefunden, welche offene Leserahmen (ORFs) besitzen und für funktionelle Hüll-Glykoproteine wie z.B. Syncytin-1, Syncytin-2 und HML-2 kodieren. Diese HERV-Hüllproteine beinhalten eine suppressive Domäne (SU) und induzieren möglicherweise eine Immunsuppression diverser Immunzellen während einer gesunden Schwangerschaft. In dieser Arbeit wurden spezifisch die modulatorischen Eigenschaften verschiedener HERVHüllproteine (Syncytin-1, -2 und HML-2) auf Immunzellen untersucht. Wir konnten zeigen, dass die HERV-Bindungsrezeptoren ASCT-1, -2 und MFSD2A auf der Oberfläche von T-Zellen und DCs exprimiert werden. Für funktionelle Experimente wurden HERV-Hüllproteine transgen in CHO-Zellen exprimiert, die als Effektorzellen in Ko-Kultur- Systemen verwendet wurden. Es konnte keine Hemmung der PMA/Ionomycin-stimulierten T-Zell-Proliferation durch die Effektorzellen gefunden werden. Darüber hinaus beeinträchtigten die Effektorzellen nicht die Expression von Reifungsmarkern auf DCs nach LPS-Aktivierung, induzierten jedoch die Produktion der pro-inflammatorischen Zytokine IL- 12 und TNF-α. Dagegen inhibierten die konstitutiv HERV-Hüllprotein-exprimierenden Chorionkarzinom-Zelllinien BeWo und JEG die PMA/Ionomycin-stimulierte T-Zell- Proliferation sehr effektiv. Die Chorionkarzinom-Zelllinien hatten ebenfalls keinen Einfluss auf die phänotypische LPS-DC-Reifung, modulierten aber die LPS-DC-Zytokin-Antwort sehr effektiv zu einem suppressiven Profil durch eine Inhibition der pro-inflammatorischen Zytokine IL-12 und TNF-α sowie einen Anstieg von anti-inflammatorischem IL-10. BeWound JEG-Zellen, aber auch HERV-Hüllprotein-exprimierende Effektorzellen verändern die durch LPS-DC-stimulierte allogene T-Zell-Proliferation. Dies war mit einer verringerten Bildung von DC/T-Zell-Konjugaten sowie mit einer Hemmung der IFN-γ-Sekretion und der Ca2+-Mobilisation dieser T-Zellen assoziiert. Des Weiteren wurden eine reduzierte p-Tyrosin- Akkumulation und kein Ausschluss des F-Aktin-Signals in der immunologischen Synapse, der Kontaktstelle dieser DC/T-Zell-Konjugate, gefunden. Zusammenfassend lassen diese Ergebnisse vermuten, dass HERV-Hüllproteine die T-Zell- Proliferation nicht direkt beeinflussen, sich aber modulierend auf DCs auswirken und dadurch mit deren allogene T-Zell-Proliferation interferieren. / Human endogenous retroviruses (HERVs) comprise about 8 % of the human genome but many are not functional due to mutations or deletions. However, some HERVs have been reported to harbor open reading frames (ORFs) and are coding for functional envelope (env) glycoproteins (Syncytin-1, Syncytin-2 and HML-2). These HERV env glycoproteins have suppressive domains (SU) and may modulate immune cells especially in the placenta where they are highly expressed. In this work, we investigated the ability of different HERV envs (Syncytin-1, -2 and HML-2) to modulate immune cell function. We showed that HERV binding receptors ASCT-1, -2 and MFSD2A are expressed by T-cells and DCs. For functional analysis, HERV envs were transiently expressed in CHO-cells which were then used as effector cells for co-culture assays. We demonstrated that HERV env expressing CHO effector cells did not significantly inhibit PMA/Ionomycin stimulated T-cell proliferation, and did not prevent phenotypic maturation of DCs in response to LPS. However, they did strongly augment the release of the pro-inflammatory cytokines IL-12 and TNF-α from LPS-DCs. In contrast, BeWo and JEG choriocarcinoma cell-lines constitutively expressing HERV env proteins reduced the T-cell proliferation very effectively. These celllines did not prevent phenotypic maturation of LPS-DCs, but shifted their cytokine response towards an immune suppressive profile by inhibiting the pro-inflammatory cytokines IL-12 and TNF-α and enhancing the release of the anti-inflammatory cytokine IL-10. The choriocarcinoma cell-lines and CHO effector cells inhibited the LPS-DC induced allogenic Tcell- proliferation. This was associated with a loss of DC/T-cell conjugate frequency as well as with an impairment of IFN-γ release and Ca2+ mobilization in T-cells. In addition, we observed an aberrant pattern of p-tyrosine and F-actin signal in the interface of these DC/Tcell conjugates. Altogether, these findings suggest that HERV proteins do not target T-cell activation directly, but modulate the DCs' ability to promote T-cell expansion.

Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) are the only source of human lymphoid cells routinely available for immunologic research and for immunomonitoring of T-cell responses to microbial and tumor-associated antigens. However the large majority of human T-cells resides in tissues, especially in lymphatic organs, while only 1 % of the body’s T-cells circulate in the blood stream. Previous work in mice and humans had indicated that CD4 T-cells transiently lose antigen sensitivity when cellular contacts are lost, e.g. by leaving lymphoid organs such as lymph nodes (LNs) and entering the circulation. In this study, these findings were extended to CD8 T-cells. Thus, CD8 T-cell responses of the human tonsil show a significant drop in sensitivity to viral antigens if tissue-exit was simulated by keeping cells in dispersed culture at body temperature for two hours. Conversely, tissue-like functionality in blood-derived CD8 T-cells was restored by applying the simple and robust RESTORE protocol. Indeed, application of the RESTORE protocol, i.e. pre-culturing PBMCs for two days at a high cell density before initiation of antigenic stimulation, demonstrated that CD8 T-cell responses to a broad range of viral and to tumor-associated antigens are greatly underestimated, and sometimes even remain undetected if conventional, unprocessed PBMC cultures are used. The latter finding is particularly striking with regard to the appearance of Wilms tumor 1 (WT1)-specific CD8 T-cell responses in leukemia patients after allogeneic bone marrow transplantation. My studies on the mechanism of the RESTORE protocol show that HD preculture of PBMCs does not involve antigen-or cytokine-driven clonal expansion of T-cells. Moreover, the gain in antigen sensitivity cannot be explained by a decreased activity of regulatory T-cells during the preculture step. The increased antigen sensitivity of CD8 T-cells from HD precultures of PBMCs is associated with tonic T-cell receptor signaling as indicated by enhanced tyrosine phosphorylation of the CD3 ζ chains and the tyrosine kinase Lck, thereby preparing T-cells for full responses. The upregulation of genes involved in aerobic glycolysis in “restored” CD8 memory T-cells relative to fresh cells might be an essential requirement for increased T-cell functionality including the regulation of IFN-γ production. Taken together, the RESTORE protocol, which was initially described for the CD4 T-cell response to the antibody TGN1412 permits a more meaningful monitoring of CD8 T-cell responses to viral infections and tumors. Furthermore, when generating T-cell lines for adoptive T-cell therapy, the RESTORE protocol allows the generation of CD8 T-cell lines with an improved representation of clones responding to low antigen concentrations. / Mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (PBMCs: peripheral blood mononuclear cells) stellen die einzige routinemäßig zugängliche Quelle für humane Lymphozyten dar, welche für die immunologische Forschung und das „Immunomonitoring“ von T-Zellantworten gegen mikrobielle und Tumor-assoziierte Antigene verwendet werden. Jedoch befindet sich der Großteil der T-Zellen des Menschen in Geweben, insbesondere den lymphatischen Organen, wohingegen sich nur 1 % der T-Zellen im Blut aufhalten. Frühere Studien, die sowohl mit murinen als auch mit humanen Zellen durchgeführt wurden, zeigten, dass CD4 T-Zellen ihre Sensitivität gegenüber Antigenen zeitweise verlieren sobald zelluläre Kontakte unterbrochen werden. Dies erfolgt beispielsweise beim Verlassen der T-Zellen von Geweben und dem Eintreten in die Blutzirkulation. In dieser Arbeit wurden diese Beobachtungen auf CD8 T-Zellen ausgeweitet. So weisen humane tonsilläre CD8 T-Zellen eine signifikant niedrigere Sensitivität gegenüber viralen Antigenen auf, wenn diese in Dispersion bei Körpertemperatur für zwei Stunden gehalten werden, um das Verlassen von Geweben und somit den Verlust von zellulären Kontakten zu simulieren. Im Gegenzug konnte eine gewebeähnliche T-Zellfunktionalität bei Blutzellen durch Anwendung des RESTORE Protokolls wiederhergestellt werden. In der Tat zeigte die Anwendung des RESTORE Protokolls, welches eine Vorkultur von PBMCs für zwei Tage bei hoher Zelldichte vor antigenspezifischer T-Zellstimulation einschließt, dass CD8 T-Zellantworten gegen eine Vielzahl viraler und Tumor-assoziierter Antigene deutlich unterschätzt werden, wenn herkömmliche Stimulationsansätze verwendet werden. Teilweise können diese so gemessenen T-Zellantworten bei Verwendung herkömmliche Stimulationsansätze auch gar nicht nachgewiesen werden. Dieser Effekt war bei der Detektion von Wilms Tumor 1 (WT1)-spezifischen CD8 T-Zellantworten bei Leukämiepatienten nach allogener Stammzelltransplantation besonders deutlich zu beobachten. Meine mechanistischen Studien zeigten, dass die Vorkultur von PBMCs bei hoher Zelldichte selbst nicht zu einer Antigen- oder Zytokin-getriebenen T-Zell Expansion führt. Des Weiteren wurde gezeigt, dass der RESTORE Effekt durch den Zugewinn an CD8 T-Zellsensitivität erklärt werden kann und nicht auf eine verringerte CD8 T-Zellsuppression durch regulatorische T-Zellen während der Vorkultur zurückzuführen ist. Die erhöhte Antigensensitivität von vorkultivierten CD8 T-Zellen steht im Zusammenhang mit tonischer T-Zell Signalweiterleitung, welche anhand von erhöhter Tyrosin Phosphorylierung der CD3 ζ Ketten des T-Zell-Rezeptors und der Tyrosinkinase Lck nachgewiesen werden kann. Diese tonischen T-Zellsignale bereiten CD8 T-Zellen darauf vor, bereits auf kleine Mengen Antigen effektiv zu reagieren. Auch die Hochregulierung von Genen, welche der aeroben Glykolyse zuzuordnen sind in vorkultivierten CD8 Gedächtniszellen im Vergleich zu CD8 Gedächtniszellen, welche direkt aus dem Blut isoliert wurden, trägt zu einer erhöhten T-Zellfunktionalität bei, welche die Regulation der IFN-γ Produktion einschließt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anwendung des RESTORE Protokolls, welches ursprünglich zum Nachweis von CD4 T-Zellantworten gegen den Antikörper TGN1412 entwickelt wurde, eine verlässliche Methode zum Nachweis von CD8 T-Zellantworten gegen virale Infektionen und Tumore darstellt. Des Weiteren kann das RESTORE Protokoll zur Generierung von T-Zelllinien in der adoptive T-Zelltherapie eingesetzt werden. Die Anwendung des Protokolls erlaubt das Generieren von Zelllinien, welche auch T-Zellklone beinhalten, die durch Immunantworten auf geringe Antigenkonzentrationen entstanden sind.

Regulatory T cells (Treg) expressing the transcription factor forkhead box protein P3 (Foxp3) have been demonstrated to mediate evasion from anti-tumor immune responses during tumor progression. Moreover, Foxp3 expression by tumor cells themselves may allow them to counteract effector T cell responses, resulting in a survival benefit of the tumor. For gastrointestinal cancers, in particular pancreatic and colorectal cancer (CRC), the clinical relevance of Foxp3 is not clear to date. Therefore the aim of this study was to analyze its impact in CRC and pancreatic cancer. To determine the relevance of Foxp3 for tumor progression and patient survival, gene and protein analysis of human pancreatic and colon cancer cell lines as well as tumor tissues from patients with CRC was performed. The results derived from the patients with CRC were correlated with clinicopathological parameters and patients’ overall survival. Cancer cell mediated Foxp3 expression in vitro was demonstrated in human pancreatic cancer cell lines PANC1, PaCa DD 135, PaCa DD 159 and PaCa DD 185 as well as in human colon cancer cell lines SW480 and SW620. Additionally, Foxp3 expressing cancer cells were found in ex vivo tumor tissue samples of patients with CRC. The percentage of Foxp3+ cancer cells increased from stages UICC I/II to UICC III/IV compared to normal tissue. Moreover, high tumor cell mediated Foxp3 expression was associated with poor prognosis compared to patients with low Foxp3 expression. In contrast, low and high Foxp3 level in tumor infiltrating Treg cells demonstrated no significant differences in patients’ overall survival. Correlation analysis demonstrated a significant association of Foxp3 cancer cell expression with the expression of immunosuppressive cytokines IL-10 and TGF-β. These findings suggest that Immunosuppressive cytokines such as IL-10 and TGF-β released by rather Foxp3+ cancer cells than Foxp3+ Treg cells may inhibit the activation of naive T cells, hence limiting antitumor immune responses and favoring tumorigenesis and progression. Chronic inflammation has been shown to be an important epigenetic and environmental factor in numerous tumor entities. Recent data suggest that tumorigenesis and tumor progression may be associated with inflammation-triggered activation of Toll-like receptors (TLR). In this study, the specific impact of both TLR7 and TLR8 expression and signaling on tumor cell proliferation and chemoresistance is analyzed in inflammation linked CRC and pancreatic cancer. By gene and protein expression analysis of human pancreatic and colon cancer cell lines TLR7 and TLR8 expression was determined in vitro. Additionally, expression of TLR7/TLR8 in UICC stage I-IV pancreatic cancer, chronic pancreatitis and normal pancreatic tissue was examined. For in vitro/in vivo studies TLR7/TLR8 overexpressing PANC1 cell lines were generated and analyzed for effects of TLR expression and stimulation on tumor cell proliferation and chemoresistance. Cancer cell mediated TLR7 and TLR8 expression in vitro was demonstrated in human colon cancer cell lines SW480, SW620 and HT-29 as well as in primary pancreatic cancer cell lines PaCa DD 135, PaCa DD 159 and PaCa DD 185. Additionally, TLR7 and TLR8 expressing tumor cells were found in ex vivo tissue samples of patients with pancreatic cancer and chronic pancreatitis. Significantly elevated expression levels of TLR7 and TLR8 were found in advanced tumor stages (UICC III) compared to early tumor stages (UICC II) and chronic pancreatitis. No or occasionally low expression was detected in normal pancreatic tissue. In contrast to the tissues from patients with pancreatic cancer or chronic pancreatitis, established pancreatic tumor cell lines express only very low levels of TLR7 and TLR8. Therefore, for in vitro and xenograft studies TLR7 or TLR8 overexpressing PANC1 cells were generated. Proliferation promoting effects of TLR7 and TLR8 expression and stimulation with R848 were detected in vitro. Additionally, increased tumor growth of TLR expressing PANC1 cells was demonstrated in subcutaneously injected Balb/c nude mice. Interestingly, activation of TLR7 or TLR8 induced not only an increase in tumor cell proliferation but also a strong chemoresistance of PANC1 cells against 5-fluorouracil (5-FU). Moreover, treatment with R848 resulted in elevated expression levels of NF-κB, COX-2 and inflammatory cytokines IL-1β, IL-8 and TNF-α, suggesting TLR7/8 signaling to contribute to an inflammatory, anti-apoptotic and proliferation promoting tumor microenvironment. These findings emphasize the particular role of TLR7 and TLR8 in inflammation related cancers and their relevance as potential targets for cancer therapy. / In jüngerer Vergangenheit wurde regulatorischen T-Zellen, die den Transkriptionsfaktor forkhead-box protein P3 (Foxp3) exprimieren, wiederholt die Fähigkeit zugesprochen, Antitumorimmunreaktionen während der Tumorentwicklung und –progression abzuschwächen. Daneben sind Tumorzellen selbst befähigt Foxp3 zu exprimieren. Sie können damit der Effektor-T-Zell-Antwort entgegen wirken und so Tumorwachstum begünstigen. Die klinische Bedeutung der Foxp3-Expression in gastrointestinalen Tumoren, insbesondere im Pankreaskarzinom und kolorektalen Karzinom, ist zum heutigen Stand noch unklar. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, die Bedeutung von Foxp3 im Pankreaskarzinom und kolorektalen Karzinom weiter aufzuklären. Um seine prognostische Relevanz hinsichtlich der Tumorprogression sowie das Patienten-Überleben zu untersuchen, wurden Gen- und Proteinexpressionsanalysen in Tumorgeweben aus Patientenkohorten mit kolorektalem Karzinom durchgeführt. Die Ergebnisse aus den Tumorgeweben wurden mit klinikopathologischen Parametern und dem Gesamtüberleben der Patienten korreliert. Sowohl in den humanen Pankreaskarzinomzelllinien PANC1, PaCa DD 135, PaCa DD 159 und PaCa DD 185 als auch in den humanen Kolonkarzinomzelllinien SW480 und SW620 konnte tumorzellvermittelte Foxp3 Expression nachgewiesen werden. Zusätzlich wurden auch in den ex vivo Gewebeproben Foxp3-exprimierende Tumorzellen vorgefunden. Dabei nahm der Anteil an Foxp3-positiven Tumorzellen stadienabhängig von frühen zu fortgeschrittenen Tumorstadien (UICC I/II zu UICC III/IV) zu. Zudem waren Patienten mit einer starken Expression von Foxp3 im Vergleich zu Patienten mit niedrigem Foxp3-Expressionsprofil in den Tumorzellen von einer schlechten klinischen Prognose gekennzeichnet. Hohe bzw. niedrige Foxp3-Expressionen in tumorinfiltrierenden T-Zellen zeigten dagegen keinen signifikanten Einfluss auf das Gesamtüberleben der Patienten. In der Korrelationsanalyse ergab sich außerdem eine signifikante Verknüpfung von Foxp3-Expression mit der Expression der immunsuppressiven Zytokine IL-10 und TGF-β in den Tumorzellen. Diese Beobachtungen lassen vermuten, dass Foxp3-positive Tumorzellen durch die Sekretion von immunsuppressiven Zytokinen wie IL-10 und TGF-β im Tumormikromilieu die Aktivierung naiver T-Zellen inhibieren. Damit würden Antitumorimmunreaktionen unterdrückt und das Tumorwachstum begünstigt. Chronische Entzündungsreaktionen sind wichtige epigenetische Faktoren in verschiedenen Tumorentitäten. Neuere Daten deuten darauf hin, dass Karzinogenese und Tumorprogression in Verbindung mit inflammationsinduzierter Aktivierung von Toll-like Rezeptoren (TLR) stehen. In dieser Arbeit wurde insbesondere der Einfluss der beiden Rezeptoren TLR7 und TLR8 auf die Tumorzellproliferation und Chemotherapieresistenz von gastrointestinalen Tumoren wie das kolorektale Karzinom und das Pankreaskarzinom untersucht. Mit Hilfe von Gen- und Proteinexpressionsanalysen wurde die tumorzellvermittelte Expression von TLR7 und TLR8 in vitro in verschiedenen humanen Kolon- als auch Pankreaskarzinomzelllinien nachgewiesen. Zusätzlich wurde verstärkte TLR7 und TLR8 Expression in Tumorgewebeproben aus Patienten mit Pankreaskarzinom als auch bei chronischer Pankreatitis vorgefunden, wobei die Expression in fortgeschrittenen Tumorstadien (UICC III) gegenüber früheren Stadien (UICC II) und chronischer Pankreatitis signifikant erhöht war. In vitro und in vivo Untersuchungen im xenogenen Tumormodell mit humanem Pankreaskarzinom zeigten für TLR7- und TLR8-exprimierende PANC1-Pankreaskarzinome signifikant gesteigerte Tumorproliferationen. Zusätzlich wurde durch die gezielte TLR7/8 Stimulation mit der Substanz R848 eine ausgeprägte Chemotherapieresistenz gegenüber 5-Fluorouracil (5-FU) induziert. Die Aktivierung von TLR7 und TLR8 führte darüber hinaus zu einer verstärkten Expression von NF-kB, COX-2, sowie den proinflammatorischen Zytokinen IL-1β, IL-8 und TNF-α. Diese Beobachtungen legen nahe, dass die TLR7/8 Signalgebung zu inflammatorischen, antiapoptotischen und proliferationsfördernden Prozessen im Tumormikromilieu beiträgt und unterstreichen die Bedeutung der Toll like Rezeptoren 7 und 8 als potentielle therapeutische Zielstrukturen in inflammationsassoziierten Tumorerkrankungen.

Multiple Sklerose (MS) ist die häufigste neurologische Erkrankung, die bei jungen Erwachsenen zu dauerhaften körperlichen Einschränkungen führt. Ein Kennzeichen der MS sind zeitlich und örtlich disseminierte entzündliche Läsionen im zentralen Nervensystem (ZNS). Die Läsionsart, die am häufigsten auftritt, ist u. a. durch Antikörperablagerungen charakterisiert. Die häufigste Verlaufsform der MS tritt in Schüben auf. Im Laufe der Erkrankung bilden sich die Symptome in der Mehrzahl der Patienten unvollständig zurück und es entwickelt sich ein chronischer Verlauf. Trotz intensiver Forschung ist die Ätiologie der MS bisher unbekannt Bis heute gibt es keine Biomarker, um den Therapieerfolg oder das Therapieversagen der MS-Basistherapeutika (Glatirameracetat und β-Interferon) zu bestimmen. Aktuelle Studien, bei denen B-Zellen depletiert wurden, zeigten eine signifikante Reduktion MS-typischer Läsionen und der Schubrate bei der schubförmigen MS. Man vermutet, dass autoreaktive B-Zellen vielfältige Aufgaben in der Pathogenese der MS übernehmen: sie produzieren Autoantikörper, präsentieren autoreaktiven T-Zellen Autoantigene und sezernieren Mediatoren, die zur Aktivierung anderer Immunzellen führen. Es ist noch unklar, welche B-Zell-Untergruppe bei der MS besondere Relevanz hat. Vor kurzem wurden B1-Zellen beim Menschen beschrieben. Eine Studie zeigte, dass die Anzahl der B1-Zellen in unbehandelten MS-Patienten signifikant erniedrigt war. Des Weiteren wurden im ZNS von chronisch erkrankten MS-Patienten B-Zell-Aggregate nachgewiesen. Diese B-Zell-Aggregate ähneln sekundären lymphatischen Organen und könnten zur Progredienz der Erkrankung beitragen. Eine ex vivo-Studie zeigte, dass die B-Zell-Aggregat-Bildung durch das Adhäsionsmolekül CEACAM1-(carcinoembryogenic antigen-related cell adhesion molecule 1) vermittelt wird. Überdies ist die Koexpression von CEACAM1 und TIM-3 (T-cell immunoglobulin- and mucin-domain containing-3) für immunerschöpfte und tolerante T-Zellen charakteristisch. Schließlich konnte unsere Arbeitsgruppe zeigen, dass ZNS-reaktive B-Zellen nur im Blut von Patienten mit einem klinisch isolierten Syndrom und MS-Patienten nachweisbar waren. In meiner Studie habe ich den Einfluss von MS-Basistherapeutika und einer MS-Eskalationstherapie auf die B-Zell-Untergruppen untersucht. Dabei habe ich die naive B-Zell-, B-Gedächtniszell-, B1-Zell- und Plasmablasten-Zahl von gesunden Probanden sowie unbehandelten und behandelten MS-Patienten miteinander verglichen. Die B-Zell-Untergruppen wurden durchflusszytometrisch untersucht. Die B1-Zell-Zahl war bei behandelten und unbehandelten MS-Patienten signifikant erniedrigt. In einer weiteren Studie konnte ich zeigen, dass die Anwesenheit von ZNS-reaktiven B-Zellen im Blut von glatirameracetat-behandelten MS-Patienten mit dem Therapieerfolg assoziiert war. Die ZNS-reaktiven B-Zellen wurden durch einen ZNS-Lysat-ELISPOT detektiert. Schließlich habe ich in einer dritten Studie die Expression von CEACAM1 und TIM-3 auf B-Zellen bei natalizumab-behandelten MS-Patienten durchflusszytometrisch untersucht. Im Vergleich zu gesunden Probanden zeigte sich, dass im Blut der MS-Patienten die CEACAM1+- und die CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B-Zell-Zahl signifikant erhöht war. Im Gegensatz dazu waren CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-T-Helferzellen signifikant erniedrigt in behandelten MS-Patienten. Meine Arbeit belegt, dass die B1-Zell-Population unabhängig von der MS-Therapie in MS-Patienten erniedrigt ist. Ungeklärt bleibt, ob diese Erniedrigung eine Folge oder eine Ursache der Erkrankung ist. B1-Zellen sind die Quelle von natürlichen Antikörpern in Mensch und Tier. Sie haben protektive Eigenschaften und sind bei der B-Zell-Toleranzinduktion beteiligt. Die protektiven Funktionen der natürlichen Antikörper könnten durch die Erniedrigung der B1-Zell-Zahl ausbleiben. Zusätzlich waren B-Zellen mit einem immunerschöpften Phänotyp im Blut von MS-Patienten erhöht. Trotz Stimulation konnte kein Phänotyp bei T-Helferzellen induziert werden, der für tolerante und immunerschöpfte T-Zellen beschrieben worden ist. In zukünftigen Studien sollte man die B1-Zell-Zahl und die CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B- und -T-Zell-Zahl bei Patienten mit einem klinisch isolierten Syndrom im Liquor und im Blut untersuchen. Damit könnte man feststellen, ob B1-Zellen aus der Peripherie bei MS-Patienten in das ZNS migrieren. Die Anwesenheit ZNS-reaktiver B-Zellen im Blut von behandelten MS-Patienten zeigte sich in meiner Arbeit als ein Marker, um den Therapieerfolg zu dokumentieren. Eine weiterführende Querschnittstudie (COPSELECT) wird ZNS-reaktive B-Zellen mittels ZNS-Lysat-ELISPOT als zukünftige Therapie-Biomarker ausführlicher untersuchen. MS-Biomarker wären für den einzelnen Betroffenen von großer Bedeutung und hätten ebenfalls gesundheitsökonomisch eine hohe Relevanz. / Multiple sclerosis (MS) is the most common neurological disorder that leads to permanent disability in young adults. MS is characterized by temporally and spatially disseminated inflammatory lesions in the central nervous system (CNS). The most frequently observed pattern is associated with immunoglobulin deposition. The most common form of MS displays a relapsing-remitting course. Over time remissions are incomplete and most patients develop a chronic course of the disease. Currently, there are no biomarkers to predict therapeutic success or treatment failure of MS first-line therapies (glatiramer acetate and β-interferon). Despite intensive research, the etiology of MS is still unknown. Recent studies in which B cells were depleted, showed a significant reduction of MS-typical lesions and relapse rate in the relapsing-remitting MS. Presumably, autoreactive B cells have different roles in the pathogenesis of MS: they produce autoantibodies, are antigen presenting cells for autoreactive T cells and secrete mediators that activate other immune cells. It is unclear, which B cell subset is particularly relevant in MS. Recently B1 cells have been described in humans. Additionally, it was observed that the number of B1 cells was significantly reduced in untreated MS patients. Furthermore, B cell aggregates were found in the CNS of patients with a progressive form of MS. These B cell aggregates resembled secondary lymphoid organs and might contribute to the progression of the disease. An ex vivo study showed that B cell aggregate formation was mediated by the cell adhesion molecule CEACAM1 (carcinoembryogenic antigen-related cell adhesion molecule 1). Moreover, it was shown that immune exhausted and tolerant T cells co-express CEACAM1 and TIM-3 (T-cell immunoglobulin- and mucin-domain containing-3). Finally, our group has demonstrated that CNS-reactive B cells were detectable only in the blood of patients with a clinically isolated syndrom (CIS) or MS. In my thesis I have investigated the influence of different MS drugs on B cell subsets in the blood. I compared the numbers of naive B cells, memory B cells, B1 cells and plasmablasts of healthy subjects as well as untreated and treated MS patients. The B cell subsets were examined by flow cytometry. B1 cell numbers was significantly decreased in treated and untreated patients with MS. Second, I was able to show that the presence of CNS-reactive B cells in the blood of glatiramer acetate-treated MS patients was associated with a positive treatment response. CNS-reactive B cells were detected by CNS-lysate-ELISPOT. Finally, I investigated the expression of CEACAM1 and TIM-3 on B cells in natalizumab-treated MS patients by flow cytometry. CEACAM1\(^+\)- and CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B cell numbers were significantly increased in the blood of MS patients. In contrast, CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-T helper cells were significantly decreased in treated MS patients. My research demonstrates that the B1 cell population is decreased in the blood of MS patients regardless of MS therapy. It remains unclear whether this reduction is a consequence or a cause of the disease. B1 cells are the source of natural antibodies in humans and animals. They have protective properties and are involved in B cell tolerance induction. The protection by natural antibodies might be missing because of the low B1 cell counts in MS. In addition, B cell counts with an exhausted phenotype were significantly increased in the blood of MS patients. However, despite stimulation T helper cells from MS patients expressed neither an exhausted nor a tolerant phenotype. Future studies should examine the B1 cell-, CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B cell and CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-T cell numbers in CIS patients in the blood and cerebrospinal fluid. It could help to determine whether B1 cells from the periphery migrate in the CNS in MS patients. The presence of CNS-reactive B cells in the blood of treated MS patients proved to be a marker in order to document the success of therapies. A study of a large cohort of patients (COPSELECT) will investigate the potential of CNS-reactive B cells by ELISPOT as MS biomarker in more detail. MS biomarkers are urgently needed to detect MS treatment responders early on and are of high socio-economic importance.

B-cells of the rheumatoid synovial tissue are a constant part of and, in some histopathological subtypes, the dominant population of the inflammatory infiltrate, located in the region of tissue destruction. The pattern of B-cell distribution and the relationship to the corresponding antigen-presenting cells (follicular dendritic reticulum cells: FDCs) show a great variety. B-cells may exhibit (i) a follicular organization forming secondary follicles; (ii) follicle-like patterns with irregularly formed FDC networks, and (iii) a diffuse pattern of isolated FDCs. Molecular analysis of immunoglobulin VH and VL genes from human synovial B-cell hybridomas and synovial tissue demonstrates somatic mutations due to antigen activation. The FDC formations in the synovial tissue may therefore serve as an environment for B-cell maturation, which is involved in the generation of autoantibodies. An autoantibody is defined as "pathogenic" if it fulfills the Witebsky-Rose-Koch criteria for classical autoimmune diseases: definition of the autoantibody; induction of the disease by transfer of the autoantibody; and isolation of the autoantibody from the disease-specific lesion. B-cells from rheumatoid synovial tissue show specificity for FcIgG, type II collagen, COMP, sDNA, tetanus toxoid, mitochondrial antigens (M2), filaggrin and bacterial HSPs. The contributions of these antigens to the pathogenesis of RA are still hypothetical. A possible contribution could derive from crossreactivity and epitope mimicry: due to crossreaction, an antibody directed originally against a foreign infectious agent could react with epitopes from articular tissues, perpetuating the local inflammatory process. The characteristic distribution pattern, the localisation within the area of tissue destruction, the hypermutated IgVH and IgVL genes, and their exclusive function to recognize conformation-dependent antigens suggest a central role for B-cells in the inflammatory process of rheumatoid arthritis. Therefore, the analysis of synovial B-cell hybridomas and experimental expression of synovial IgVH and IgVL genes will help to characterise the antigens responsible for the pathogenesis of rheumatoid arthritis. In the present study 55 IgVH genes amplified from 3 different anatomical regions of a RA patient were analysed adding further information on synovial B-cell maturation and recirculation in RA. This analysis demonstrated somatically mutated IgVh genes in all different regions with amino acid deletions and mixed IgVh molecules, suggesting the existence of a novel pathway to generate (auto)antibody specificities. The comparison of amino acid sequences of amplified genes belonging to the VH1 family (with predominantly the same germline counterpart) exhibited a strong homology, indicating an apparently conserved mutational pattern. This suggests that the number of antigens activating B-cells in the different locations is restricted. The most striking result was the finding of clonally related sequences in different anatomical regions indicating a recirculation of activated B-cells between the different affected joints. Also in the present study a synovial B-cell hybridoma was analyzed for its specific recognition of cartilage antigens. A heptameric peptide of cartilage oligomeric protein (COMP) could be defined as the target structure. The IgVH-gene (IgHV4-59*01) of the IgG2l hybridoma has somatically mutated genes with high R/S values in the CDR regions (9:2). Thus, indicating that this hybridoma originates from a synovial B-cell which has been antigen activated/selected for its affinity. To analyse the presence of the clonotypic IgHV4-59*01 sequences in other cases of RA and osteoarthritis (OA) synovitis, primers specific for the CDR3 rearrangement of this hybridoma were used. The clonotypic and clone related sequences (98 per cent ± 1 per cent homology) could only be detected in synovitis of RA cases but not in OA cases indicating that this B-cell is specific to RA synovitis. The identified heptameric peptide of COMP was used in a peptide ELISA to analyse whether there is a specific binding in RA serum samples. Serum samples (IgG) from RA patients (n=22) showed a significant higher efficiency to the COMP heptamer than the OA sera (n=24) and the age matched healthy controls (n=20) (for both p<1x10-4, Students t-test). The specificity of this B-cell hybridoma may therefore be defined as RA specific. Since COMP is restricted to cartilage and tendons which are organs specifically affected in RA this COMP specific autoantibody represents the first organ specific autoantibody in RA. The IgG2 COMP specific autoantibody with somatically mutated IgVH genes is different from germline encoded, antigen clearing IgM autoantibodies and may therefore be directly involved as an "arthritogenic autoantibody" in cartilage and tendons destruction by complement activation. / B-Zellen des rheumatoiden Synovialgewebes sind einerseits ein konstanter Bestandteil und andererseits in einigen histopathologischen Subtypen sogar die dominante Bevölkerung des entzündlichen Infiltrates, welches sich in direkter Nähe des zerstörten Gewebes befindet. Das Strickmuster der B-Zellen-Verbreitung und die Verbindung zu den korrespondierenden antigenerzeugenden Zellen (follikuläre dendritische Zellen, sprich: FDC) zeigen eine große Vielfalt. B-Zellen können a) in der Form eines follikulären Verbandes sich bildender Sekundärfollikel; b) als follikelähnliche Muster mit unregelmäßig geformten FDC-Netzwerken und c) als ein diffuses Muster isolierter FDCs auftreten. Molekularanalysen der immunglobulinen VH- und VL-Gene von menschlichen synovialen B-Zell-Hybridomen und Synovialgewebe zeigen somatische Mutationen aufgrund von Antigenaktivierung auf. Die FDC-Schichten im Synovialgewebe dürften daher als ein Nährboden für B-Zell-Reifung dienen, welche wiederum in den Prozeß der Autoantikörperbildung eingreift. Ein Autoantikörper wird als "pathogenisch" bezeichnet, wenn er das Witebsky-Rose-Koch-Kriterium für klassische Autoimmunkrankheiten erfüllt: Bildung des Autoantikörpers; Einleitung der Krankheit durch Übertragung des Autoantikörpers und Isolation des Autoantikörpers vom krankheitsspezifischen Entzündungskomplex. B-Zellen aus rheumatoidem Synovialgewebe zeigen Spezifität für die Fc-Region von lgG; Typ II Kollagen; COMP; sDNA; Tetanustoxin; mitochondrische Antigene (M2); Fillaggrin und bakterielle HSPs. Der Beitrag dieser Antigene zur Pathogenese in der RA ist weiterhin hypothetisch. Ein möglicher Beitrag könnte aus der Kreuzreaktion und Epitopähnlichkeit aufgrund dieser Kreuzreaktion herrühren. Ein Antikörper, der ursprünglich gegen einen fremden Infektionsherd gerichtet war, könnte mit Epitopen aus Gelenkgewebe reagieren und somit den lokalen Entzündungsprozeß aufrechterhalten. Das charakteristische Verteilungsmuster, die Lokalisierung inmitten des zerstörten Gewebes, die hypermutierten IgVH- und IgVL-Gene und ihre ausschließliche Funktion, strukturabhängige Antigene zu erkennen, läßt auf eine zentrale Bedeutung der B-Zellen im Bezug auf den Entzündungsverlauf in der rheumatoiden Arthritis schließen. Deswegen wird die Analyse synovialer B-Zellen-Hybridome und die experimentelle Erkundung synovialer IgVH- und IgVL-Gene eine große Hilfe zur Charakterisierung der Antigene sein, welche verantwortlich für die Pathogenese in der RA sind. In dieser Studie wurden 55 IgVH-Gene analysiert, die von 3 verschiedenen anatomischen Regionen eines RA-Patienten amplifiziert wurden, wodurch man zusätzliche Informationen über synoviale B-Zellen-Reifung und -Rezirkulation in der RA erhielt. Diese Analyse zeigte somatisch mutierte IgVH-Gene in allen verschiedenen Regionen auf, mit Aminosäuredeletionen und gemischten IgVH-Molekülen, die Grund zur Annahme geben, daß eine neue Möglichkeit existiert, (Auto-) Antikörperspezifizierungen zu generieren. Der Vergleich von Aminosäuresequenzen amplifizierter Gene, die zur VH1-Familie gehören (mit überwiegend denselben Keimbahngenen) zeigten eine starke Homologie auf und wiesen auf ein scheinbar erhaltenes Mutationsmuster hin. Dieses läßt annehmen, daß die Anzahl der Antigene begrenzt ist, die B-Zellen in den verschiedenen Regionen aktivieren. Das markanteste Ergebnis war das Auffinden klonal verwandter Sequenzen in verschiedenen anatomischen Regionen, die darauf hinweisen, daß aktivierte B-Zellen zwischen den verschiedenen befallenen Gelenken rezirkulieren. Desweiteren wurde in dieser Studie ein synoviales B-Zellen-Hybridom analysiert bezüglich seiner spezifischen Erkennung von Knorpelantigenen. Ein heptameres Peptid des COMP könnte als eine mögliche Zielstruktur definiert werden. Die IgVH-Gene (IgHV4-59*01) des IgG2?-Hybridomes besitzt somatisch mutierte Gene mit hohen R/S-Werten in den CDR-Regionen (9.2). Somit weist dies darauf hin, daß dieses Hybridom aus einer synovialen B-Zelle stammt, welche aufgrund ihrer Affinität antigen-aktiviert wurde. Um das Vorkommen der klonotypischen IgHV4-59*01-Sequenzen in anderen Fällen der RA und Osteoarthritis (OA)-Synovitis zu analysieren, wurden Primer benutzt, die spezifisch für die CDR3 dieses Hybridomes sind. Die klonotypischen und klonal verwandten Sequenzen (98 Prozent ± 1 Prozent Homologie) konnte nur in Fällen der RA-Synovitis erkannt werden, jedoch nicht bei OA-Fällen, was darauf hinweist, daß diese B-Zelle spezifisch für die RA-Synovitis ist. Das identifizierte heptamere COMP-Peptid wurde in einer Peptid-ELISA verwendet, um festzustellen, ob es eine spezifische Bindung in RA-Seren gibt. Seren (IgG) von RA-Patienten (n=22) zeigten eine bedeutend höhere Wirksamkeit des COMP-Heptamers an als in OA-Seren (n=24) und den altersabhängigen gesunden Kontrollen (n=20); (für beide p<1x10-4; Students t-Test). Die Spezifizierung dieses B-Zellen-Hybridomes könnte daher als RA-spezifisch angesehen werden. Da COMP sich auf Knorpel und Sehnen beschränkt - welches hauptsächlich in der RA betroffene Organe sind - repräsentiert dieser COMP-spezifische Autoantikörper den ersten organspezifischen Autoantikörper in der RA. Der IgG2-COMP-spezifische Autoantikörper mit somatisch mutierten IgVH-Genen unterscheidet sich von dem der antigenvernichtenden IgM Autoantikörper und könnte daher direkt in die Knorpel- und Sehnenzerstörung durch Komplementaktivierung miteinbezogen sein, als ein "arthritogener Autoantikörper".

CD8 wird von thymisch gereiften a/b T Zellen als CD8ab-Heterodimer exprimiert und dient als Korezeptor bei der MHC Klasse I (MHC I) restringierten Antigenerkennung. In dieser Funktion stabilisiert CD8 die Bindung des T Zellrezeptors (TCR) an seinen Liganden (MHC I mit antigenem Peptid) und vermittelt darüber hinaus kostimulatorische Signale an die T Zelle. Die Antigene der g/d T Zellen sind bis auf einige Ausnahmen unbekannt, aber g/d T Zellen von Maus und Mensch weisen im allgemeinen höchstwahrscheinlich keine MHC-restringierte Antigenerkennung auf. Dementsprechend findet man auf den meisten g/d T Zellen dieser Spezies keinen der MHC-spezifischen Korezeptoren CD4 oder CD8. In auffälligem Gegensatz dazu exprimieren in der Milz der Ratte bis zu 80 Prozent der g/d T Zellen das CD8ab-Heterodimer. Um die mögliche Funktion von CD8ab auf g/d T Zellen besser zu verstehen, wurden zunächst die CD8-vermittelten Signale untersucht. Eine Schlüsselrolle bei der Initiierung der TCR-Signalkaskade kommt der mit CD8a assoziierten Proteintyrosinkinase p56lck zu. Diese ist, wie durch Kopräzipitationsexperimente gezeigt wurde, bei a/b und g/d T Zellen gleichermaßen mit CD8 assoziiert und zeigt dieselbe Kinaseaktivität. Weiterhin konnte in vitro ein kostimulatorisches Potential von CD8-spezifischen Antikörpern für a/b und g/d T Zellen gezeigt werden. Demnach besitzt CD8 auf a/b und g/d T Zellen prinzipiell eine vergleichbare Fähigkeit zur Übertragung kostimulatorischer Signale. Es war folglich naheliegend, einen Zusammenhang zwischen der CD8ab-Expression der g/d T Zellen mit einer möglichen MHC I estringierten Antigenerkennung zu prüfen. Da bisher keine Antigene für g/d T Zellen der Ratte bekannt sind, wurden die Antigen bindenden Regionen des g/d TCR analysiert. Bei Antigenrezeptoren von Mensch und Maus bestehen nämlich charakteristische Längenunterschiede zwischen den mit dem Antigen interagierenden CDR3-Proteinschleifen (englisch: complementarity determining regions), die in der Verknüfungsregion der V-, D- und J-Gensegmente codiert sind. Bei Maus und Mensch sind die CDR3-Längen der TCRd-Kette ähnlich variabel und etwa so lang wie bei der schweren Kette des B Zellrezeptors. Dagegen sind die CDR3-Regionen der TCRb-Kette sehr kurz, was wahrscheinlich durch die notwendige Interaktion des MHC-Peptid-Komplexes mit allen drei CDR-Schleifen bedingt wird. Daraus wurde geschlossen, daß die Bestimmung der CDR3d-Längen Aussagen über eine mögliche MHC-Restriktion von g/d T Zellen der Ratte erlauben sollte. Zur Durchführung der CDR3d-Längenanalysen wurde die Methode des Spektratyping etabliert. Hierfür wurden in der Milz häufig vorkommende TCRd V-Gensegmente (DV105 und fünf Mitglieder der ADV7-Familie) partiell kloniert und sequenziert. In CD8 positiven und negativen g/d T Zellen wurden sowohl DV105 als auch Mitglieder der ADV7-Familie jeweils etwa gleich häufig exprimiert. Spektratyp-Analysen ergaben in g/d T Zellen der Ratte für beide V-Genfamilien etwas längere CDR3d-Schleifen als bei der Maus; CD8ab positive, CD8aa positive und CD8 negative g/d T Zellen der Ratte besaßen identische Längenspektren. Demnach kann man die CD8ab-Expression von g/d T Zellen der Ratte nicht als Hinweis auf eine der klassischen MHC-Restriktion ähnliche Antigenerkennung werten. Als spezifische Eigenschaft von g/d T Zellen der Ratte wurde eine Modulation der CD8b-Genexpression nachgewiesen, die mit der Stärke des Aktivierungssignals zunahm. Nach Aktivierung in vitro exprimierte ein großer Teil zuvor CD8ab positiver g/d T Zellen nur noch das CD8aa-Homodimer, das auf MHC I restringierten a/b T Zellen deutlich schlechtere Korezeptoreigenschaften aufweist als das CD8ab-Heterodimer. Die Modulation war irreversibel, fand prätranslational statt und zeigte keine Einflüsse auf Effektorfunktionen der g/d T Zellen wie Interferon-g-Produktion oder zytotoxische Fähigkeiten. Über die physiologische Bedeutung dieser Modulation kann nur spekuliert werden, doch könnte sie ein Mechanismus sein, um den Schwellenwert für Signale einer erneuten T Zellaktivierung zu erhöhen. Darüber hinaus limitiert sie den Nutzen der CD8ab-Expression als Marker für die thymisch gereifte Linie von g/d T Zellen. / CD8 is expressed on thymus derived a/b T cells and serves as the co-receptor for MHC class I (MHC I) restricted antigen recognition. In this role CD8 stabilises the binding of the T cell receptor (TCR) to its ligand (MHC with antigenic peptide) and moreover transduces co-stimulatory signals to the T cell. Aside from few examples the antigens of g/d T cells are unknown, but mouse and human g/d T cells most probably do not possess a MHC restricted way of antigen recognition. Correspondingly most g/d T cells of these species do not express one of the MHC specific co-receptors CD4 or CD8. In striking contrast up to 80 per cent of splenic rat g/d T cells express the CD8ab heterodimer. To understand the putative function of CD8ab expressed by rat g/d T cells, CD8 signalling was investigated first. The protein tyrosine kinase p56lck plays a key role at the initiation of the TCR signalling cascade. This kinase is equally associated with CD8 on a/b and g/d T cells as found by co-precipitations, and it shows the same kinase activity there. Furthermore, in vitro a co-stimulatory potential of CD8 specific antibodies could be demonstrated for a/b and g/d T cells likewise. Therefore in principle, CD8 possesses similar co-stimulatory properties on rat a/b and g/d T cells. Consequently a correlation between CD8ab expression and a possible MHC I restriction of rat g/d T cells was tested. Because no antigens have been found for rat g/d T cells so far, the antigen binding regions of the g/d TCR were investigated. It is known that the complementarity determining region 3 (CDR3) protein loops, which are encoded by the region of V, D, and J gene segment joining, show characteristic length differences: CDR3 lengths of mouse and human TCRd chains show the same variability and are as long as CDR3 of the B cell receptor heavy chain. In contrast, the CDR3 regions of TCRb chains are very short, what probably results from the necessity of interaction between MHC and all three CDR loops. In consequence, determining the CDR3d lengths should allow predictions about a possible MHC restriction of rat g/d T cells. For CDR3d length analysis a method called spectratyping was established. First of all, common TCRd V segments from rat spleen (DV105 and five members of the ADV7 gene family) were cloned and sequenced partially. Both gene families were expressed in about the same frequency by CD8 negative and CD8 positive g/d T cells, respectively. For both V segment families the spectratyping analyses revealed somewhat longer CDR3d loops in rat than in mouse g/d T cells. CD8ab or CD8aa positive and CD8 negative g/d T cells showed exactly the same CDR3d length spectra. Therefore the CD8ab expression of rat g/d T cells is no indication for a MHC restricted antigen recognition. As a specific property of rat g/d T cells an activation dependent down modulation of the CD8b chain could be demonstrated, that increased with the strength of the activating signal. Following activation in vitro, a major percentage of g/d T cells which previously expressed CD8ab, solely expressed the CD8aa homodimer. On MHC I restricted a/b T cells CD8aa is known to show poor co-stimulatory potential compared to CD8ab. The modulation was irreversible, occurred on a pre-translational level and did not influence g/d T cell effector functions like interferon-g production or cytotoxicity. A physiological role of the modulation is speculative so but the CD8b modulation might be a mechanism to increase the signalling threshold for a following T cell activation. Moreover, the modulation limits the use of CD8ab expression as a marker for the thymically derived g/d T cell lineage.

Universiẗat, FB Medizin, Diss.--Hamburg, 2007.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009