Die Immunthrombozytopenie (ITP) ist eine erworbene Autoimmunerkrankung, bei der sich Autoantikörper gegen Thrombozyten bilden. Dadurch werden diese, unter anderem in der Milz, vermehrt abgebaut und es treten Blutungskomplikationen auf. Der fehlgeleiteten Immunabwehr wird versucht mit medikamentösen Therapien wie z. B. mit Glucocorticoiden und Rituximab bis hin zur Splenektomie entgegenzuwirken. Im Rahmen dieser Arbeit untersuchte ich durchflusszytometrisch die Verteilung der B-Zell-Subpopulationen bei Patienten mit chronischer, primärer ITP und Gesunden hinsichtlich einer möglichen Störung in der B-Zell-Entwicklung und -Differenzierung. Dabei wurden 7 Knochenmark-, 28 Blut- und 12 Milzproben von ITP-Patienten sowie 5 Knochenmark- und 10 Milzproben von Gesunden aufbereitet. Anschließend wurden die B-Zell-Subpopulationen mittels immunphänotypischer Marker gefärbt um die Proben danach durchflusszytometrisch zu vermessen und zu charakterisieren. Zusätzlich erfolgte der Vergleich zu laboreigenen, bereits etablierten Referenzwerten von 220 Blutproben von Gesunden. Bei den Knochenmarkproben konnten keine signifikanten Unterschiede in der Verteilung von Vorläufer-B-Zellen zwischen den ITP-Patienten und den Gesunden beobachtet werden, d. h. die frühe B-Zell-Entwicklung im Knochenmark erscheint bei der ITP auf zellulärer Ebene nicht beeinträchtigt. Die Analyse der Blutproben zeigte, dass auch keine signifikanten Unterschiede in der Verteilung von naiven B-Zellen zwischen den ITP-Patienten und den Gesunden vorzufinden sind. Dies bekräftigt, dass bei der ITP auf zellulärer Ebene keine Abweichungen in der frühen pre-immunen B-Zell-Entwicklung vorzuliegen scheinen und eine intakte B-Zell-Reifung bis hin zur naiven B-Zelle stattfindet. Es zeigte sich jedoch bei den ITP-Patienten ein erhöhter Anteil an anergen B-Zellen und atypischen Gedächtnis-B-Zellen, von denen allgemein angenommen wird, dass sie aus einer chronischen bzw. dysregulierten antigen-abhängigen B-Zell-Aktivierung entstammen. Aus der Untersuchung der Milzproben zeigte sich zudem, dass bei den ITP-Patienten der Anteil der antikörperproduzierenden Plasmablasten im Vergleich zu den Gesunden erhöht ist. Folglich lassen sich bei der ITP auf zellulärer Ebene vor allem Abweichungen in der späten Phase der B-Zell-Differenzierung nachweisen. Es kann somit angenommen werden, dass Störungen der B-Zell-Entwicklung, wie sie auf zellulärer Ebene bei verschiedenen mit sekundärer ITP einhergehenden Erkrankungen (systemischer Lupus erythematodes, variables Immundefektsyndrom) beschrieben wurden, bei der primären ITP nicht für die Produktion von antithrombozytären Antikörpern notwendig sind. Eine weitere detaillierte Aufarbeitung, auf welcher Ebene der B-Zell-Differenzierung der Toleranzverlust gegenüber thrombozytären Antigenen auftritt, ist entscheidend für die zukünftige Entwicklung spezifischer, zellgerichteter Therapien. / Immune thrombocytopenia (ITP) is an acquired autoimmune disease in which autoantibodies against platelets are produced. As a result, the platelets are increasingly reduced in the spleen, and bleeding disorders occur. The misdirected immune defense is tried to counteract with drug therapies such as glucocorticoids and rituximab up to surgery with splenectomy. In this study, I used flow cytometry to investigate the distribution of B-cell subpopulations in patients with chronic, primary ITP and healthy individuals regarding possible disruptions in B-cell development and differentiation. 7 bone marrow, 28 blood and 12 spleen samples from ITP patients as well as 5 bone marrow and 10 spleen samples from healthy individuals were processed. The B-cell subpopulations were stained using immunophenotypic markers to measure and characterize the samples by flow cytometry. In addition, the results were compared with the laboratory's own established reference values of 220 blood samples from healthy individuals. No significant differences in the distribution of precursor B cells between the ITP patients and the healthy subjects could be observed in the bone marrow samples. Therefore, the early B-cell development in the bone marrow does not appear to be impaired in ITP at the cellular level. The analysis of the blood samples showed that there were no significant differences in the distribution of naive B cells between the ITP patients and the healthy individuals. This confirms that in ITP at the cellular level there seem to be no deviations in the early pre-immune B-cell development and that intact B-cell maturation takes place up to naive B-cells. However, ITP patients revealed an increased proportion of anergic B-cells and atypical memory B-cells, which are generally assumed to originate from chronic or dysregulated antigen-dependent B-cell activation. The examination of the spleen samples also displayed that the proportion of antibody-producing plasmablasts in ITP patients is higher than in healthy individuals. Consequently, in ITP at the cellular level especially deviations in the late phase of B-cell differentiation can be detected. It can thus be assumed that disorders of B-cell development, as described at the cellular level in various diseases associated with secondary ITP (systemic lupus erythematosus, variable immunodeficiency syndrome), are not necessary for the production of anti-platelet antibodies in primary ITP. A further detailed investigation at which stage of the B-cell differentiation a loss of tolerance to platelet antigens occurs is crucial for the future development of specific, cell-directed therapies.

Die HIV-Infektion wird von einer Hyperimmunaktivierung begleitet, die vermutlich eine treibende Kraft in der Pathogenese der Entwicklung von AIDS darstellt. Die Rolle der B-Zellen im Rahmen dieser Veränderungen und dem Einfluss einer Prednisolontherapie wird durch die ProCort-Studie genauer beschrieben. Diese stellt eine zweijährige, Placebo-kontrollierte, randomisierte Doppelblindstudie dar, bei der die Patienten 5mg Prednisolon täglich einnahmen. Mittels durchflusszytometrischen Messungen wurden bestimmte B-Zellpopulationen differenziert und quantifiziert. Die resultierenden Ergebnisse wurden weiterhin mit bekannten Immunaktivierungsmarkern korreliert. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass Studienteilnehmerinnen durch eine Prednisolontherapie signifikant mehr Memory-B-Zellen bzw. resting Memory-B-Zellen im Vergleich zur Placebogruppe aufweisen. Ferner konnte die Bedeutung der B-Zellen als prognostischer Marker der HIV-Infektion dadurch unterstützt werden, dass die genannten B-Zellreihen signifikant negative Korrelationen zu anderen, bereits etablierten Progressionsmarkern (CD4/CD8-Ratio, CD8/CD38/HLADR-Aktivierung, suPAR, sCD14) vorlagen. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass die Veränderungen im B-Zellkompartment Teil des Immunaktiverungsprozesses im Rahmen der HIV- Infektion sind und Prednisolon modulierende Einflüsse darauf hat. / The HIV-infection goes along with a chronic immune activation, which is considered as the driving force of progression to AIDS. As part of the ProCort trial, which is a double-blind, randomized, placebo-controlled clinical trial over two years, HIV-infected patients got 5 mg prednisolone per day for two years. In this dissertation specific b-cell-populations were measured and correlated with known biomarkers of immune activation (CD38+/HLADR+ t-cells, suPAR, sCD14). As result higher counts of memory-b-cells and resting-memory-b-cells especially in the female subgroup were found. Furthermore these cell-populations showed a negative correlation with biomarkers of immune activation. In summary the prednisolone therapy had positive immune modulating effects on b-cells and biomarkers of immune activation.

Cardiovascular diseases (CVD), subsuming atherosclerosis of the coronary arteries and subsequent myocardial infarction, are the leading cause of death in the European Union (over 4 million deaths annually), with devastating individual and economic consequences. Recent studies revealed that T cells play a crucial role in post-MI inflammation, healing and remodelling processes. Nevertheless, the specificity profile of adaptive immune responses in the infarcted myocardium has not yet been differentiated. The experiments portrayed in this thesis sought to assess whether post-MI CD4+ T cell responses in mice are triggered by heart specific antigens, and eventually identify relevant epitopes. We were able to create a murine antigen atlas including a list of 206 epitopes for I-Ab and 193 epitopes for I-Ad presented on MHC-II in the context of MI. We sought to consecutively test this panel by in vitro T cell proliferation and antigen recall assays ex vivo. The elispot assay was used as a readout for antigen-specific stimulation by measurement of IL-2 and IFN-γ production, currently the most sensitive approach available to detect even small counts of antigen producing cells. Splenocytes as well as lymphocytes from mediastinal lymph nodes were purified from animals 7 days or 56 days after EMI conducted by ligation of the left anterior descending artery. We were able to provide evidence that post-MI T cell responses in Balb/c mice are triggered by heart-specific antigens and that MYHCA, especially MYHCA614-628, is relevant for that response. Moreover, a significant specific T cell response after MI in C57BL/6J mice was observed for α actin, cardiac muscle 1 [ACTC1], myosin-binding protein C3 [MYBPC3] and myosin heavy chain α [MYHCA] derived heart specific antigens. Generally, the epitopes of interest for Balb/c as well as C57BL/6J could be further investigated and may eventually be modulated in the future. / Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) sowie der häufig folgende Myokardinfarkt sind die häufigsten Todesursachen in der Europäischen Union (über 4 Millionen Todesfälle pro Jahr) mit verheerenden individuellen und wirtschaftlichen Folgen. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass T-Zellen eine entscheidende Rolle bei Entzündungs-, Heilungs- und Umbauprozessen nach einem Myokardinfarkt spielen. Das Spezifitätsprofil adaptiver Immunantworten im infarzierten Myokard konnte bisher jedoch noch nicht differenziert werden. Die in dieser Arbeit dargestellten Experimente gingen der Frage nach, ob CD4+ T-Zellantworten nach einem Myokardinfarkt in Mäusen durch herzspezifische Antigene ausgelöst werden und ob hieraus relevante Epitope identifiziert werden können. Uns gelang es, einen Maus-Antigen-Atlas zu erstellen, der eine Zusammenstellung von 206 Epitopen für I-Ab und 193 Epitope für I-Ad enthält, welche auf MHC-II im Rahmen des Myokardinfarkts präsentiert werden. Dieses Panel wurde nacheinander durch In-vitro-T-Zell-Proliferations- und Antigen-Recall-Assays ex vivo getestet. Der Elispot-Assay wurde als sensitivster verfügbare Ansatz zur Quantifizierung der antigen-spezifischen Stimulation durch Messung der IL-2- und IFN-γ-Produktion verwendet. Splenozyten sowie Lymphozyten aus mediastinalen Lymphknoten der Mäuse wurden 7 Tage bzw. 56 Tage nach einem experimentellen Myokardinfarkt, welcher durch Ligation der RIVA Arterie durchgeführt wurde, aufgereinigt. Wir konnten nachweisen, dass Post-MI-T-Zellantworten in Balb/c Mäusen durch herzspezifische Antigene ausgelöst werden, und dass MYHCA, insbesondere MYHCA614-628, für diese Antwort relevant ist. Darüber hinaus konnte eine signifikante spezifische T-Zell-Antwort nach Myokardinfarkt in C57BL/6J Mäusen auf aus Alpha-Actin des Herzmuskels 1 [ACTC1], Myosin-bindendes Protein C vom Herztyp [MYBPC3] und der schweren Kette des Myosins α [MYHCA] generierten herzspezifischen Antigenen gezeigt werden.

T cell infiltration into the intestine occurs after priming and activation in the mesenteric lymph nodes and Peyer’s patches and subsequent trafficking via the blood circulation. We hypothesized that additionally to the vascular trafficking route, a fraction of T cells in the Peyer’s patches directly migrate into the adjacent lamina propria of the small intestine. To test this hypothesis, we employed a mouse model of acute Graft-versus-Host Disease to study the direct T cell migration from the Peyer’s patches to the adjacent lamina propria. First, we analyzed the border of Peyer’s patches on histological sections and found that the Peyer’s patch is not enclosed by a capsule or basement membrane. Thus, the tissue architecture allows for direct access to the surrounding tissue. With whole-mount light sheet fluorescence microscopy we quantified a three-dimensional gradient of T cells around Peyer’s patches on day 2.5 and day 3 after transplantation. This gradient evened out at day 4 and day 6 when high numbers of T cells started to evenly infiltrate the intestine from the blood circulation. We confirmed that gradient-forming T cells around Peyer’s patches resided within the tissue parenchyma of the lamina propria and not inside lymphatic vessels. To positively prove that the recently activated donor T cells around Peyer’s patches have egressed directly from that patch, we established a protocol for intravital photoconversion of T cells inside Peyer’s patches. 12 h after photoconversion inside a single Peyer’s patch, photoconverted T cells resided only around this particular Peyer’s patch and not elsewhere in the small intestine. This indicated that the T cells did not infiltrate via the blood but migrated to the adjacent lamina propria of the small intestine. Dynamic intravital two-photon microscopy revealed that these T cells next to the Peyer’s patch migrated in a random pattern. This suggested that these cells did not follow a positive chemoattractive gradient once they had reached the lamina propria. Laser-capture microdissection combined with RNA sequencing of the mucosa near the Peyer’s patch identified a wide range of migration-promoting factors. These included chemokines, co-stimulatory receptors and migration-associated intracellular molecules, which are candidates to promote this direct migration from Peyer’s patches. Altogether, we demonstrate for the first time that additionally to the vascular trafficking route, a fraction of T cells migrates directly from the Peyer’s patch to the surrounding mucosa. This mechanism implies so far unrecognized regional specification of Peyer’s-patch-primed T cells. Our findings may impact treatment strategies to avoid intestinal inflammation or foster immunity after oral vaccination. / T-Zell Infiltration in den Darm erfolgt nach Primen und Aktivierung in den mesenterialen Lymphknoten und Peyerschen Plaques durch Rezirkulation über die Blutbahn. Wir stellten die Hypothese auf, dass zusätzlich zur vaskulären Route ein Teil der T-Zellen im Peyerschen Plaque direkt in die angrenzende Lamina propria des Dünndarms wandert. Um diese Hypothese zu testen, setzten wir ein Mausmodell für eine akute Graft-versus-Host Reaktion ein, um die direkte Migration von T Zellen aus den Peyerschen Plaques in die angrenzende Lamina propria zu untersuchen. Zuerst analysierten wir die Randzonen um die Peyerschen Plaques mit histologischen Schnitten und konnten bestätigen, dass der Peyersche Plaque von keiner Kapsel oder Basalmembran umschlossen ist, sodass die Gewebearchitektur den direkten Zugang des umliegenden Gewebes zulässt. Mithilfe der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie von Dünndarm-Komplettpräparaten quantifizierten wir einen dreidimensionalen T-Zell Gradienten um Peyersche Plaques an den Tagen 2,5 und 3 nach allogener Stammzelltransplantation. Dieser Gradient verschwand zwischen an Tag 4 und Tag 6, als eine hohe Anzahl an T-Zellen begann, den Darm gleichmäßig über die Blutbahn zu infiltrieren. Wir bestätigten, dass die Gradienten-bildenden T-Zellen im Gewebe der Lamina propria und nicht in lymphatischen Gefäßen saßen, um zirkulierende Zellen von der Gradientenbildung auszuschließen. Um direkt zu beweisen, dass die T-Zellen um dem Peyerschen Plaque unmittelbar aus diesem Plaque ausgewandert sind, haben wir ein Protokoll für intravitale Photokonversion von T-Zellen im Peyerschen Plaque etabliert. 12 h nach der Photokonversion in einem einzelnen Peyerschen Plaque befanden sich die T-Zellen nur um diesen bestimmten Plaque herum. Dies zeigt, dass die T-Zellen das Gewebe nicht über die Blutbahn infiltrierten, sondern direkt in die angrenzende Lamina propria des Dünndarms gewandert waren. Dynamische intravitale Zweiphotonenmikrokopie offenbarte, dass diese T-Zellen um den Peyerschen Plaque nach zufälligem Schema wanderten. Dies legte nahe, dass diese T-Zellen keinem positiven Chemokingradienten folgten, sobald sie die Lamina propria erreicht hatten. Laser-Mikrodissektion kombiniert mit RNA-Sequenzierung der Mukosa nahe des Peyerschen Plaques identifizierte eine große Auswahl an migrationsfördernden Faktoren. Hierunter waren Chemokine, kostimulatorische Rezeptoren und intrazelluläre migrationsassoziierte Moleküle, welche Kandidaten sind, diese direkte Migration aus den Peyerschen Plaques zu fördern. In dieser Arbeit zeigen wir erstmalig, dass zusätzlich zur vaskulären Route ein Teil der T Zellen direkt vom Peyerschen Plaque in die umliegende Mukosa wandert. Dieser Mechanismus impliziert bislang unerkannte regionale Spezialisierung von T Zellen, welche in Peyerschen Plaques aktiviert wurden. Diese neuen Befunde können zukünftige Behandlungsstrategien gegen intestinale Entzündungserkrankungen oder für Immunreaktionen nach oraler Impfung beeinflussen.

Die Atherosklerose ist als Ursache kardiovaskulärer Erkrankungen, welche die häufigste Todesursache weltweit darstellen, von großer klinischer und wissenschaftlicher Relevanz. Atherosklerose ist charakterisiert durch Einlagerungen von Lipiden in die Gefäßwand, welche zur Ausbildung von Plaques führen. Als Folge wird eine chronische Entzündungsreaktion eingeleitet, die durch spezifische Immunzellen, unter anderem T-Lymphozyten, und komplexe molekulare Prozesse aufrechterhalten wird. Durch eine verminderte Sauerstoffdiffusionskapazität und eine hohe Zelldichte ist das Milieu in den Plaques hypoxisch. Zur zellulären Anpassung an ein solches hypoxisches Milieu werden Hypoxie-induzierbare Faktoren (HIF) in den Immunzellen stabilisiert. Der Transkriptionsfaktor HIF-1 ist ein heterodimeres Protein, welches die Transkription bestimmter Zielgene initiiert, die den Zellen notwendige Adaptationen des Zellstoffwechsels an ein vermindertes Sauerstoffangebot ermöglichen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin zu untersuchen, inwiefern sich ein Ausschalten des Transkriptionsfaktor HIF-1α selektiv in T-Lymphozyten auf Atherosklerose und Myokardinfarkt auswirkt. Die funktionelle Bedeutung von HIF-1α in T-Zellen in der Pathogenese dieser Erkrankungen wurde an zwei Mausmodellen untersucht. Im Atherosklerose Modell wurde Biomaterial von LDLR-/- Mäusen mit T-Zell spezifischem Knockout von HIF-1α nach achtwöchiger fettreicher Western-Typ Diät untersucht. Histologisch zeigte sich eine vermehrte Plaqueausprägung und ein verminderter Makrophagenanteil in den Plaques. Durchflusszytometrisch und mittels qPCR konnten keine Unterschiede in der Lymphozytendifferenzierung in Milz und Lymphknoten dieser Mäuse nachgewiesen werden. Im Myokardinfarkt-Modell mit T-Zell spezifischem HIF-1α Knockout konnte in früheren Untersuchungen der Arbeitsgruppe eine vergrößerte Infarktzone mit eingeschränkter kardialer Funktion nachgewiesen werden. Histologisch konnte im Rahmen dieser Arbeit hierfür kein zellmorphologisches Korrelat in Kardiomyozytengröße oder der Vaskularisation des Myokards gefunden werden. In Zukunft könnte HIF-1α in T-Lymphozyten ein möglicher Angriffspunkt zur medikamentösen Prävention oder Therapie kardiovaskulärer Erkrankungen sein. / Atherosclerosis is of great clinical and scientific relevance as a cause of cardiovascular disease, which is the most common cause of death worldwide. Atherosclerosis is characterized by deposition of lipids in the vessel wall, which leads to the formation of plaques. As a consequence, a chronic inflammatory response is initiated, which is maintained by specific immune cells, including T lymphocytes, and complex molecular processes. Due to a reduced oxygen diffusion capacity and a high cell density, the environment in the plaques is hypoxic. For cellular adaptation to such a hypoxic milieu, hypoxia-inducible factors (HIF) are stabilized in immune cells. The transcription factor HIF-1 is a heterodimeric protein that initiates the transcription of specific target genes that enable cells to make necessary adaptations of cellular metabolism to a reduced oxygen supply. The aim of the present work was to investigate the extent to which silencing of the transcription factor HIF-1α selectively in T lymphocytes affects atherosclerosis and myocardial infarction. The functional significance of HIF-1α in T cells in the pathogenesis of these diseases was investigated in two mouse models. In the atherosclerosis model, biomaterial from LDLR-/- mice with T-cell specific knockout of HIF-1α was examined after an eight-week high-fat Western-type diet. Histologically, there was increased plaque expression and decreased macrophage content in plaques. Flow cytometry and qPCR did not detect differences in lymphocyte differentiation in the spleen and lymph nodes of these mice. In the myocardial infarction model with T-cell specific HIF-1α knockout, an enlarged infarct zone with impaired cardiac function could be detected in previous studies of the research group. Histologically, no cell morphological correlate for this in cardiomyocyte size or myocardial vascularization could be found in this work. In the future, HIF-1α in T lymphocytes could be a potential target for drug prevention or therapy of cardiovascular diseases.

The cancer stem cell hypothesis is a cancer development model which elicited great interest in the last decades stating that cancer heterogeneity arises from a stem cell through asymmetrical division. The Cancer Stem Cell subset is described as the only population to be tumorigenic and having the potential to renew. Conventional therapy often fails to eradicate CSC resulting in tumor relapse. Consequently, it is of great inter-est to eliminate this subset of cells to provide the best patient outcome. In the last years several approaches to target CSC were developed, one of them being immunotherapeu-tic targeting with antibodies. Since markers associated with CSC are also expressed on normal stem cells or healthy adjacent tissue in colorectal cancer, dual targeting strate-gies are preferred over targeting only a single antigen. Subsequently, the idea of dual targeting two CSC markers in parallel by a newly developed split T cell-engaging anti-body format termed as Hemibodies emerged. In a preliminary single cell RNA sequenc-ing analysis of colorectal cancer cells CD133, CD24, CD166 and CEA were identified as suitable targets for the combinatorial targeting strategy. Therefore, this study focused on trispecific and trivalent Hemibodies comprising a split binding moiety against CD3 and a binding moiety against either CD133, CD24, CD166 or CEA to overcome the occurrence of resistance and to efficiently eradicate all tumor cells including the CSC compartment. The study showed that the Hemibody combinations CD133xCD24, CD133xCD166 and CD133xCEA are able to eliminate double positive CHO cells with high efficacy while having a high specificity indicated by no killing of single antigen positive cells. A thera-peutic window ranging between one to two log levels could be achieved for all combina-tions mentioned above. The combinations CD133xCD24 and CD133xCD166 further-more proved its efficacy and specificity on established colorectal cancer cell lines. Be-sides the evaluation of specificity and efficacy the already introduced 1st generation of Hemibodies could be improved into a 2nd generation Hemibody format with increased half-life, stability and production yield. In future experiments the applicability of above-mentioned Hemibodies will be proven on patient-derived micro tumors to also include variables like tumor microenvironment and infiltration. / In den letzten Jahrzenten wurde neben der klonalen Evolution ein weiteres Modell zur Krebsentstehung und dessen Heterogenität entwickelt: die Krebsstammzellhypothe-se. Diese Hypothese besagt, dass die Heterogenität eines Tumors durch asymmetri-sche Teilung von sogenannten Krebsstammzellen entsteht. Nur diese sind tumorigen und in der Lage Metastasen zu bilden. Außerdem werden Krebsstammzellen als re-sistent gegen konventionelle Therapien beschrieben, weshalb es nach einer anfängli-chen Tumorregression oft zu einem Rezidiv durch erneutes Auswachsen von zurück-bleibenden Krebsstammzellen kommt. Deshalb ist es von großem Interesse genau diese Population abzutöten, um eine erfolgreiche Therapie zu gewährleisten. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Medikationen entwickelt, um Krebsstammzellen ge-zielt anzugreifen. Ein vielversprechender Ansatz ist hierbei die immuntherapeutische Adressierung mittels Antikörpern gegen Krebsstammzellmarkern. Einzelne Marker sind allerdings auch auf normalen Stammzellen und gesundem Gewebe exprimiert, weshalb Therapien, die auf mindestens zwei verschiedene Oberflächenproteine ab-zielen, erfolgsversprechender sind. In dieser Arbeit wurde ein neues T-Zell rekrutie-rendes Antikörperformat entwickelt, sogenannte Hemibodies. Hierbei handelt es sich um ein trispezifisches und trivalentes Format, bestehend aus jeweils zwei Fragmen-ten. Jedes Fragment besteht aus einer Bindedomäne gegen ein Krebsstammzellmar-ker und einer geteilten Bindedomäne gegen CD3. Durch Bindung beider Fragmente an einen Stammzellmarker kommt es zur Komplementierung der geteilten anti-CD3 Domäne und zur T-Zellrekrutierung. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der bioin-formatischen Analyse von Einzelzell-RNA-Daten des kolorektalen Karzinoms (KRK) zur Identifizierung von potentiellen Krebsstammzellmarkern. Dabei konnten die Ober-flächenproteine CD24, CD133, CD166 und CEA und besonders deren Kombination als geeignete Zielstrukturen identifiziert werden. Die gegen oben genannte Antigene gerichteten Hemibodies zeigten in den Kombinationen CD133xCD24, CD133xCD166 und CD133xCEA auf doppelt positiven CHO-Zellen eine hohe Effektivität. Außerdem konnte die Spezifität durch ein Ausbleiben von Zelltod auf einzel-positiven CHO Zellen bewiesen werden. Die Kombinationen CD133xCD24 und CD133xCD166 konnten Effektivität und Spezifität auch auf etablierten Krebszellen zeigen. Die oben genann-ten Kombinationen waren in einem therapeutischen Fenster von ein bis zwei Logstu-fen funktional. Neben der Testung verschiedener Hemibody-Kombinationen konnten die bereits publizierten Hemibodies der ersten Generation in ein neues Format der zweiten Generation weiterentwickelt werden. Das neue Format zeigte eine verbesser-te Halbwertszeit, Stabilität und Produzierbarkeit. In zukünftigen Experimenten werden die in der Thesis benutzten Hemibodies auf Mikrotumoren getestet, um weitere Vari-ablen, die die Effektivität und Spezifität beeinflussen zu ermitteln.

The immune system is responsible for the preservation of homeostasis whenever a given organism is exposed to distinct kinds of perturbations. Given the complexity of certain organisms like mammals, and the diverse types of challenges that they encounter (e.g. infection or disease), the immune system evolved to harbor a great variety of distinct immune cell populations with specialized functions. For instance, the family of T cells is sub-divided into conventional (Tconv) and unconventional T cells (UTCs). Tconv form part of the adaptive arm of the immune system and are comprised of αβ CD4+ or CD8+ cells that differentiate from naïve to effector and memory populations upon activation and are essential during infection and cancer. Furthermore, UTCs, which include γδ T cells, NKT and MAIT, are involved in innate and adaptive immune responses, due to their dual mode of activation, through cytokines (innate-like) or TCR (adaptive), and function. Despite our understanding of the basic functions of T cells in several contexts, a great number of open questions related to their basic biology remain. For instance, the mechanism behind the differentiation of naïve CD4+ and CD8+ T cells into effector and memory populations is not fully understood. Moreover, the exact function and relevance of distinct UTC subpopulations in a physiological context have not been fully clarified. Here, we investigated the factors mediating naïve CD8+ T cell differentiation into effector and memory cells. By using flow cytometry, mass spectrometry, enzymatic assays, and transgenic mouse models, we found that the membrane bound enzyme sphingomyelin-phosphodiesterase acid-like 3b (Smpdl3b) is crucial for the maintenance of memory CD8+ T cells. Our data show that the absence of Smpdl3b leads to diminished CD8+ T cell memory, and a loss of stem-like memory populations due to an aggravated contraction. Our scRNA-seq data suggest that Smpdl3b could be involved in clathrinmediated endocytosis through modulation of Huntingtin interacting protein 1 (Hip1) levels, likely regulating TCR-independent signaling events. Furthermore, in this study we explored the role of UTCs in lymph node-specific immune responses. By using transgenic mouse models for photolabeling, lymph node transplantation models, infection models and flow cytometry, we demonstrate that S1P regulates the migration of tissue-derived UTC from tissues to draining lymph nodes, resulting in heterogeneous immune responses mounted by lymph nodes draining different tissues. Moreover, our unbiased scRNAseq and single lineage-deficient mouse models analysis revealed that all UTC lineages (γδ T cells, NKT and MAIT) are organized in functional units, based on transcriptional homogeneity, shared microanatomical location and migratory behavior, and numerical and functional redundancy. Taken together, our studies describe additional cell intrinsic (Smpdl3b) and extrinsic (S1Pmediated migration) functions of sphingolipid metabolism modulating T cell biology. We propose the S1P/S1PR1/5 signaling axis as the potential survival pathway for Smpdl3b+ memory CD8+ T cells and UTCs, mainly in lymph nodes. Possibly, Smpdl3b regulates S1P/S1PR signaling by balancing ligandreceptor endocytosis, while UTCs migrate to lymph nodes during homeostasis to be exposed to specific levels of S1P that assure their maintenance. Our results are clinically relevant, since several drugs modulating the S1P/S1PR signaling axis or the levels of Smpdl3b are currently used to treat human diseases, such as multiple sclerosis and B cell-mediated diseases. We hope that our discoveries will inspire future studies focusing on sphingolipid metabolism in immune cell biology. / Das Immunsystem ist für die Aufrechterhaltung der Homöostase verantwortlich, wenn ein bestimmter Organismus verschiedenen Arten von Störungen ausgesetzt ist. In Anbetracht der Komplexität bestimmter Organismen wie Säugetiere und der verschiedenen Arten von Störungen, denen sie ausgesetzt sein können (z. B. Infektionen oder Krankheiten), hat sich das Immunsystem so entwickelt, dass es eine große Vielfalt verschiedener Immunzellpopulationen mit spezialisierten Funktionen beherbergt. So wird beispielsweise die Familie der T-Zellen in konventionelle (Tconv) und unkonventionelle T-Zellen (UTC) unterteilt. Tconv sind Teil des adaptiven Arms des Immunsystems und bestehen aus αβ-CD4+- oder CD8+-Zellen, die sich bei der Aktivierung von naiven zu Effektor- und Gedächtnispopulationen differenzieren und bei Infektionen und Krebs eine wichtige Rolle spielen. Darüber hinaus sind UTCs, zu denen γδ-T-Zellen, NKT und MAIT gehören, aufgrund ihrer dualen Aktivierungsweise durch Zytokine (angeboren) oder TCR (adaptiv) und ihrer Funktion an angeborenen und adaptiven Immunantworten beteiligt. Trotz unseres Verständnisses der grundlegenden Funktionen von T-Zellen in verschiedenen Zusammenhängen gibt es nach wie vor eine große Anzahl offener Fragen im Zusammenhang mit ihrer grundlegenden Biologie. So ist beispielsweise der Mechanismus der Differenzierung naiver CD4+ und CD8+ T-Zellen in Effektor- und Gedächtnispopulationen noch nicht ausreichend verstanden. Auch die genaue Funktion und Bedeutung der verschiedenen UTCSubpopulationen im physiologischen Kontext sind noch nicht vollständig geklärt. Wir haben die Faktoren untersucht, die die Differenzierung naiver CD8+ T-Zellen in Effektorund Gedächtniszellen vermitteln. Mithilfe von Durchflusszytometrie, Massenspektrometrie, enzymatischen Assays und transgenen Mausmodellen konnten wir feststellen, dass das membrangebundene Enzym Sphingomyelin-Phosphodiesterase acid-like 3b (Smpdl3b) für die Aufrechterhaltung der CD8+ T-Zell-Gedächtnisfunktion entscheidend ist. Unsere Daten zeigen, dass das Fehlen von Smpdl3b zu einer verminderten Anzahl and CD8+ T Gedächtniszellen durch eine verstärke Kontraktion sowie einem Verlust von stammzellartigen Gedächtnispopulationen führt. Unsere scRNAseq- Daten deuten jedoch darauf hin, dass Smpdl3b an der Clathrin-vermittelten Endozytose beteiligt sein könnte, indem es die Spiegel des Huntingtin interacting protein 1 (Hip1) moduliert und wahrscheinlich TCR-unabhängige Signalereignisse reguliert. Darüber hinaus untersuchten wir in dieser Studie die Rolle von UTCs bei lymphknotenspezifischen Immunantworten. Mit Hilfe von transgenen Mausmodellen für Photolabeling, Lymphknotentransplantationsmodellen, Infektionsmodellen und Durchflusszytometrie konnten wir zeigen, dass S1P die Migration von UTCs aus dem Gewebe in die drainierenden Lymphknoten reguliert, was zu heterogenen Immunantworten in den Lymphknoten führt, die verschiedene Gewebe drainieren. Ausserdem ergab unsere Analyse von scRNA-seq-Daten, sowie Mausmodelle mit einer genetischen Defizienz einzelner UTC-Linien (γδ-T-Zellen, NKT und MAIT), dass diese zusammen in funktionellen Einheiten organisiert sind, die auf transkriptioneller Homogenität, gemeinsamer mikroanatomischer Lage und Migrationsverhalten sowie numerischer und funktioneller Redundanz basieren. Zusammengenommen beschreiben unsere Studien zusätzliche zellinterne (Smpdl3b) und - externe (S1P-vermittelte Migration) Funktionen des Sphingolipid-Stoffwechsels, welche die T-Zell- Biologie modulieren. Wir schlagen die S1P/S1PR1/5-Signalachse als potenziellen Überlebensweg für Smpdl3b+ Gedächtnis-CD8+-T-Zellen und UTCs ausschließlich in Lymphknoten vor. Möglicherweise reguliert Smpdl3b die S1P/S1PR-Signalübertragung, indem es die Endozytose des Liganden-Rezeptors reguliert. Dadurch könnte deren Exposition zu bestimmten S1P-Mengen in der Homöostase im Lymphknoten reguliert werden, die wiederum das Überleben der UTC steuern. Unsere Ergebnisse sind klinisch relevant, da mehrere Medikamente, die die S1P/S1PR-Signalachse oder die Smpdl3b- Konzentration modulieren, derzeit zur Behandlung menschlicher Krankheiten eingesetzt werden, z. B. bei Multipler Sklerose und B-Zell-vermittelten Krankheiten. Wir hoffen, dass unsere Entdeckungen zukünftige Studien anregen werden, die sich auf den Sphingolipid-Stoffwechsel in der Immunzellbiologie konzentrieren.

Das Masernvirus (MV) kann in Erkrankten eine schwere, langanhaltende Immunsuppression verursachen, wodurch Infektionen mit opportunistischen Pathogenen begünstigt werden. Diese basiert auf einer Paralyse der hämatopoetischen Zellen, welche das Virus durch Kontakt eines viralen Glykoproteinkomplexes zu einem unbekannten RezeptorX auf der Zell- Oberfläche induzieren kann. Kerncharakterisitika hiervon sind unter anderem die Herabregulation der Akt-Kinase-Phosphorylierung, die Inhibition der zellulären Proliferation und die Aktivierung der neutralen Sphingomyelinase 2 (NSM2). In einem kinetischen Phosphoproteom konnten zwei potentielle Interaktionsrezeptoren des MV identifiziert werden: CD43 und P2X3. Das hochglykosylierte Oberflächenmolekül CD43 ist auf hämatopoetischen Zellen ubiquitär exprimiert und reguliert in T-Zellen deren Überleben, Proliferation, Aktivierung, Migration und Adhäsion. P2X3 wird in hämatopoetischen Zellen nur in geringem Maße exprimiert. Seine funktionelle Bedeutung ist in diesem Kompartiment nicht bekannt. Beide Kandidaten wurden mittels CRISPR/Cas9 Verfahren einzeln oder kombiniert aus Jurkat-T-Zellen ablatiert, welche nachfolgend nach MV-Kontakt hinsichtlich der oben erwähnten MV-modulierten Parameter getestet wurden. Zusätzlich wurden iso- und allosterische P2X3-Inhibitoren an primären und Jurkat-T-Zellen verwendet, um dessen Rolle in Ca2+-Mobilisierung und Proliferation nach T-Zell-Rezeptor Co-Stimulation zu analysieren. Die genetische Depletion beider Rezeptor-Kandidaten verringerte die Effekte des MV auf alle getesteten Parameter signifikant, was darauf hindeutet, dass beide Proteine entscheidend an der T-Zell-Suppression beteiligt sind. Während die isosterische Inhibition von P2X3 keinen Effekt hatte, wurde die Proliferation primärer T-Zellen durch dessen allosterische Inhibition vor Co-Stimulation fast verdoppelt und die Effizienz der Ca2+-Mobilisierung in Jurkat- und primären T-Zellen signifikant erhöht. In P2X3-depletierten Jurkat-Zellen hingegen war die Ca2+-Mobilisierung nach Stimulation signifikant geringer als in WT-Zellen. In dieser Arbeit konnten zwei wichtige Mediatoren der MV induzierten T-Zell-Suppression identifiziert werden. Vor allem P2X3, dessen Expression, Regulation und funktionelle Bedeutung im hämatopoetischen Kompartiment noch nicht erforscht wurde, könnte ein vielversprechender Kandidat für eine antivirale Therapie darstellen, da ein klinisch getesteter P2X3-Inhibitor bereits verfügbar ist. / Measles virus (MV) infection induces a severe and long-lasting immunosuppression in patients resulting in infections through opportunistic pathogens. T cell paralysis is a major contributor to MV induced immunosuppression. This can be achieved through contact of a viral glycoprotein complex with an uncharacterized receptor X on the surface of hematopoietic cells. Contact-mediated downregulation of Akt-kinase phosphorylation, inhibition of proliferation and activation the neutral spingomyelinase 2 (NSM2) are key characteristics of T cell inhibition in vitro. Using a kinetic phosphoproteomic approach, two potential interaction receptor candidates were identified: CD43 and P2X3 receptor. The highly glycosylated surface protein CD43 is ubiquitously expressed on hematopoietic cells and is known to regulate T cell survival, proliferation, activation, migration and adhesion. The expression of P2X3 in this compartment is low and its functional importance unknown. It is widely expressed in neuronal cells where it is a major effector in the pathogenesis of chronic neuropathic pain. Using the CRISPR/Cas9 method both candidates were knocked down singly or combined in Jurkat T cells. Cells were then tested for the MV modulated parameters mentioned above upon MV challenge. In addition to that, iso- and allosteric functional inhibitors for P2X3 were employed on primary and Jurkat T cells to determine its role in calcium influx and proliferation after T cell receptor stimulation. The knockdown of both CD43 and P2X3 significantly decreased MV effects on all analyzed parameters (Akt-kinase phosphorylation, proliferation, NSM2 activation) indicating that both proteins play a major role in MV-induced T cell suppression. While isosteric inhibition of receptor P2X3 had no effect, its allosteric inhibition prior to stimulation increased proliferation of primary T cells almost twofold and significantly increased Ca2+ influx in Jurkat cells and primary T cells. In contrast, genetic depletion of P2X3 significantly reduced calcium influx after stimulation as compared to wildtype cells. In this study two important mediators of MV induced T cell suppression were identified. Amongst those, P2X3 whose expression, regulation and functional importance in the hematopoietic compartment has not been investigated yet, may represent a promising candidate for anti-viral therapy due to the existence of a clinically tested inhibitor.

In der Pathogenese der Psoriasis spielen IL 17 und die Plastizität von Tregs zu Th17 Zellen mit Produktion proinflammatorischer Zytokine sowie die möglicherweise reduzierte suppressive Funktion von Tregs eine entscheidende Rolle. Wir versuchten daher in unserer Arbeit einen Überblick über die T Zellverteilung im peripherem Blut bei PSO und HC zu erhalten und die Reaktion der Zellen auf IL 17, anti IL 17 und Secukinumab sowie ein Th 17 induzierendes Milieu im Vergleich von PSO und HC zu evaluieren. In der Analyse der PBMCs von PSO und HC konnten bei PSO tendenziell weniger inflammatorische Marker, wahrscheinlich aufgrund der niedrigen Krankheitsaktivität und der bereits eingeleiteten medikamentösen Therapie festgestellt werden. Nach Isolierung der Tregs und Kultivierung konnten bei PSO im Vergleich zu HC erhöhte inflammatorische Marker nachgewiesen werden. Dies kann an der höheren Plastizität von Tregs bei PSO ex vivo ohne den Einfluss einer medikamentösen Therapie hin zu inflammatorischen Zellen. In den Suppressionsversuchen zeigte sich sowohl bei PSO als auch bei HC unter Th17 Milieu eine verminderte Inhibition der PBMCs durch die autologen Tregs. Ursächlich hierfür könnte eine Dysregulation der Tregs durch das Th17 Milieu oder eine Auswirkung des Th17-induzierenden Cocktails auf die PBMCs im Sinne einer Effektorresistenz gegenüber den Tregs sein. Eine Veränderung der Suppression ergab sich für IL 17 oder anti IL 17 nicht. Unter der gleichzeitigen Kultivierung mit Secukinumab und einem Th17 induzierendem Cocktail konnte keine verbesserte Inhibition festgestellt werden. Insgesamt bestätigt die Arbeit eine Instabilität der Tregs bei PSO mit der Möglichkeit der Plastizität zu Th17 Zellen unter proinflammatorischem Milieu, sowie einen Verlust der Suppressionsfähigkeit durch eine Treg Dysfunktion oder eine erhöhte Effektorresistenz. Für IL 17 oder die Blockade von IL 17 durch monoklonale Antikörper konnte in unserer Studie kein Einfluss festgestellt werden. / In the pathogenesis of psoriasis IL 17 and the plasticity of Tregs to Th17 cells with the production of pro-inflammatory cytokines, as well as the possibly reduced suppressive function of Tregs, play a crucial role. Therefore we aimed to obtain an overview of the T cell distribution in peripheral blood in PSO and HC and to evaluate the response of the cells to IL 17, anti-IL 17, and Secukinumab, as well as a Th17-inducing milieu in comparison between PSO and HC. In the analysis of PBMCs from PSO and HC, fewer inflammatory markers were found in PSO, probably due to the low disease activity and the already initiated medical therapy. After isolating and culturing the Tregs, increased inflammatory markers were detected in PSO compared to HC. This may be due to the higher plasticity of Tregs in PSO ex vivo towards inflammatory cells without the influence of medical therapy. In the suppression assays, both PSO and HC showed reduced inhibition of PBMCs by autologous Tregs under Th17 milieu. This could be caused by a dysregulation of Tregs due to the Th17 milieu or an effect of the Th17-inducing cocktail on PBMCs in terms of effector resistance to Tregs. No change in suppression was observed for IL 17 or anti-IL 17. Co-cultivation with Secukinumab and a Th17-inducing cocktail did not show improved inhibition. Overall, the study confirms the instability of Tregs in PSO with the potential for plasticity to Th17 cells under pro-inflammatory milieu, as well as a loss of suppressive ability due to Treg dysfunction or increased effector resistance. No influence was observed for IL 17 or the blockade of IL 17 by monoclonal antibodies in our study.

Brustkrebs ist die häufigste diagnostizierte Krebserkrankung weltweit. Trotz der vielfältigen Behandlungsmöglichkeiten endet die Diagnose Brustkrebs in vielen Fällen noch immer tödlich. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer Therapieansätze wichtig. Ein Therapieansatz, der in den letzten zehn Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, ist die Immuntherapie. Allerdings konnte sie bei Brustkrebs noch keine großen Erfolge erzielen. Ursache hierfür ist die geringe Immunzellinfiltration in Brusttumoren. Um Brustkrebs für Immuntherapie empfänglicher zu machen, müssten Immuntherapeutika in Kombination mit Medikamenten angewendet werden, die die Immunzellinfiltration steigern. Um die Wirksamkeit solcher Medikamente in präklinischen Studien zu testen, braucht es eine Methode, mit der man die T-Zellverteilung innerhalb des Tumors darstellen kann. Für umfassendes Verständnis ist dreidimensionale Darstellung der Zellen im Tumor notwendig, da es einen großen Unterschied macht, ob sich die T-Zellen im Tumorstroma oder in unmittelbarer Nähe zu den Tumorzellen befinden. Die starke Fibrotisierung der Extrazellulären Matrix, die typisch für Brusttumoren ist, erschwert nicht nur die Immunzellinfiltration, sondern auch die Diffusion der fluoreszierenden Antikörper ins Gewebe. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, um im dreidimensionalen CD4 und CD8-positive T-Zellen in Brusttumoren darzustellen. Dies gelang mittels Immunfluoreszenzfärbung und anschließender dreidimensionaler Aufnahme mithilfe optischer Sektionierung am Lichtblattmikroskop. Erreicht wurde dies durch deutliche Erhöhung der Inkubationszeiten, aggressive Permeabilisierung des Gewebes, Testen unterschiedlicher Antikörper bzw. Antikörperkombinationen und Entfärbung sowie Klärung des Tumorgewebes. Darüber hinaus konnten erste Schritte in der nachträglichen Bearbeitung der Aufnahmen inklusive Rekonstruktion der Zellen gemacht werden. Für die Anwendung des Verfahrens in Studien zur Medikamentenwirksamkeit ist noch weitere Optimierung notwendig. / Breast cancer is the most frequently diagnosed cancer worldwide. Despite the wide range of treatment options available, the diagnosis of breast cancer is still fatal in many cases. For this reason, the development of new therapeutic approaches is important. One therapeutic approach that has become increasingly important in the last ten years is immunotherapy. However has not yet been very successful in breast cancer. The reason for this is the low level of immune cell infiltration in breast tumours. To make breast cancer more receptive to immunotherapy, immunotherapeutics could be used in combination with drugs that increase immune cell infiltration. In order to test the efficacy of such drugs in preclinical studies, a method is needed that can be used to visualise the T cell distribution within the tumour. For a comprehensive understanding, three-dimensional visualisation of the cells in the tumour is necessary, as it makes a big difference whether the T cells are located in the tumour stroma or in close proximity to the tumour cells. The strong fibrotisation of the extracellular matrix, which is typical of breast tumours, not only makes T cell infiltration, but also the diffusion of the fluorescent antibodies into the tissue difficult. In the course of this work, a method was developed to visualise CD4 and CD8-positive T cells in breast tumours in three dimensions. This was achieved by significantly increasing incubation times, aggressive permeabilisation of the tissue, testing different antibodies and antibody combinations and decolourisation as well as clarification of the tumour tissue. In addition, the first steps were taken in the subsequent processing of the images, including reconstruction of the cells. However further optimisation is still required before the method can be used in drug efficacy studies.