In den letzten Jahren ergaben sich vermehrt Hinweise, dass dendritische Zellen (DCs) zu einer Stimulation von Natürlichen „Killer“ (NK)-Zellen in der Lage sind, die als zytotoxische Effektorzellen des angeborenen Immunsystems Tumorzellen eliminieren. Aus diesem Grund bestand ein wesentliches Ziel dieser Arbeit in der Analyse der Wechselwirkungen zwischen nativen DCs und NK-Zellen. Dazu wurden slanDCs verwendet, welche die größte DC-Subpopulation des Blutes repräsentieren. Zunächst wurde evaluiert, ob slanDCs eine effiziente Aktivierung von NK-Zellen bewirken. Als ein Ergebnis zeigte sich, dass Lipopolysaccharid (LPS)-stimulierte slanDCs sowohl zu einer verstärkten Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf der Oberfläche von NK-Zellen als auch zur Induktion der NK-Zell-Proliferation führen. Darüber hinaus wurde erstmals die slanDC-abhängige Erhöhung der Expression von aktivierenden Rezeptoren (NKp46, NKp44, NKp30) und Korezeptoren (2B4, DNAM-1) auf NK-Zellen demonstriert, welche essentiell für die NK-Zell-vermittelte Erkennung und Lyse von Tumorzellen sind. In weiteren Untersuchungen induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine erhebliche Produktion von Interferon (IFN)-gamma in NK-Zellen, welches proliferationshemmend auf Tumorzellen und aktivierend auf T-Lymphozyten wirkt. Funktionelle Analysen ergaben, dass aktivierte slanDCs das zytotoxische Potential von NK-Zellen gegenüber der Tumorzelllinie K-562 deutlich verstärken. Untersuchungen der zugrunde liegenden Mechanismen zeigten die herausragende Bedeutung von IL-12, das sowohl die Steigerung der IFN-gamma-Sekretion als auch die Zunahme der zytolytischen Aktivität von NK-Zellen induzierte. Darüber hinaus konnte erstmals gezeigt werden, dass LPS-aktivierte slanDCs eine Zytotoxizität von NK-Zellen gegenüber frisch etablierten Blasten von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie induzieren. In weiteren Untersuchungen wurde evaluiert, ob NK-Zellen ihrerseits die immunstimulatorischen Eigenschaften von slanDCs beeinflussen. Die Analysen zeigten erstmals, dass unstimulierte NK-Zellen die Expression von MHC-Klasse II-Molekülen, kostimulatorischen Molekülen und Adhäsionsmolekülen auf slanDCs deutlich erhöhen und somit ihre Fähigkeit zur Aktivierung von CD8+ T-Lymphozyten sowie CD4+ T-Helferzellen fördern. NK-Zellen führen ebenfalls zu einer deutlichen Verstärkung der Produktion von IL-12 durch LPS-stimulierte slanDCs. Darüber hinaus zeigte sich, dass NK-Zellen die Sekretion des immunsuppressiven Zytokins IL-10 durch LPS-stimulierte slanDCs reduzieren. In weiteren Analysen wurde demonstriert, dass die Interaktionen mit NK Zellen die Fähigkeit von LPS-aktivierten slanDCs zur Programmierung naiver CD4+ T-Lymphozyten in IFN-gamma-produzierende T-Helfer-1-Zellen deutlich verstärken. Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass stimulierte slanDCs und NK-Zellen in der Lage sind, sich wechselseitig zu aktivieren. NKT-Zellen repräsentieren eine weitere bedeutende Effektorzellpopulation der frühen antitumoralen Immunabwehr, die durch Sekretion von Zytokinen und ein ausgeprägtes zytolytisches Potential zur Elimination von Tumorzellen beiträgt. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Wechselwirkungen zwischen slanDCs und NKT-Zellen analysiert. Dabei verstärkten LPS-stimulierte slanDCs die Expression des Aktivierungsmarkers CD69 auf NKT-Zellen. Darüber hinaus induzierten LPS-aktivierte slanDCs eine deutliche IFN-gamma-Produktion in NKT-Zellen, wobei erneut die zentrale Rolle von IL-12 gezeigt wurde. Diese Ergebnisse demonstrierten, dass stimulierte slanDCs zu einer effektiven Aktivierung von NKT Zellen in der Lage sind. In abschließenden Untersuchungen wurde die Wirkung von NKT-Zellen auf slanDCs evaluiert. Dabei verstärkten NKT-Zellen die Maturierung von slanDCs erheblich und führten zu einer signifikanten Steigerung der IL-12-Produktion sowie zu einer Reduktion der IL-10-Freisetzung in Abhängigkeit von IFN-gamma. Die gewonnenen Daten demonstrierten, dass NKT-Zellen und slanDCs zu einer gegenseitigen Aktivierung befähigt sind. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse zu den Interaktionen von slanDCs und NK- bzw. NKT-Zellen können einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Immunabwehr von Tumoren leisten und die Konzeption neuer antitumoraler Therapiestrategien unterstützen.

Stimulating lymphocytes with Ifn-γ, anti-CD3, and interleukin-2 promotes the proliferation of a cell population coexpressing T-lymphocyte surface antigens such as CD3, CD8a, and CD25 as well as natural killer cell markers such as NK1.1, CD49, and CD69. These cells, referred to as cytokine-induced killer cells (CIKs), display cytotoxic activity against tumour cells, even without prior antigen presentation, and offer a new cell-based approach to the treatment of malignant diseases. Because CIKs are limited in vivo, strategies to optimize in vitro culture yield are required. In the last 10 years, mesenchymal stem cells (MSCs) have gathered considerable attention. Aside from their uses in tissue engineering and as support in haematopoietic stem cell transplantations, MSCs show notable immunomodulatory characteristics, providing further possibilities for therapeutic applications. In this study, we investigated the influence of murine MSCs on proliferation, phenotype, vitality, and cytotoxicity of murine CIKs in a coculture system. We found that CIKs in coculture proliferated within 7 days, with an average growth factor of 18.84, whereas controls grew with an average factor of 3.7 in the same period. Furthermore, higher vitality was noted in cocultured CIKs than in controls. Cell phenotype was unaffected by coculture with MSCs and, notably, coculture did not impact cytotoxicity against the tumour cells analysed. The findings suggest that cell–cell contact is primarily responsible for these effects. Humoral interactions play only a minor role. Furthermore, no phenotypical MSCs were detected after coculture for 4 h, suggesting the occurrence of immune reactions between CIKs and MSCs. Further investigations with DiD-labelled MSCs revealed that the observed disappearance of MSCs appears not to be due to differentiation processes.

Invariant natural killer T (iNKT) cells are a versatile subclass of T lymphocytes which recognize glycolipid antigens. iNKT cells are capable of rapidly producing a broad array of cytokines in response to stimulation; thus, they play an important role in the early regulation of a variety of immune responses. It was hypothesized that iNKT cells express functional Toll-like receptors (TLRs) and that stimulation of TLRs by their ligands modulates iNKT cells responses. In the first objective, it was revealed that upon stimulation with anti-CD3 monoclonal antibody and interferon (IFN)-α, expression of TLRs was enhanced in iNKT cells. Furthermore, stimulation of iNKT cells with TLR ligands led to a significant increase in the expression of several cytokines. In the second objective, the mechanisms behind the modulatory effects of the TLR9 ligand (CpG-ODN) on iNKT cells were determined. Altogether, these findings suggest a direct role for TLRs in iNKT cell activation. / Ontario Graduate Scholarship

Stimulating lymphocytes with Ifn-γ, anti-CD3, and interleukin-2 promotes the proliferation of a cell population coexpressing T-lymphocyte surface antigens such as CD3, CD8a, and CD25 as well as natural killer cell markers such as NK1.1, CD49, and CD69. These cells, referred to as cytokine-induced killer cells (CIKs), display cytotoxic activity against tumour cells, even without prior antigen presentation, and offer a new cell-based approach to the treatment of malignant diseases. Because CIKs are limited in vivo, strategies to optimize in vitro culture yield are required. In the last 10 years, mesenchymal stem cells (MSCs) have gathered considerable attention. Aside from their uses in tissue engineering and as support in haematopoietic stem cell transplantations, MSCs show notable immunomodulatory characteristics, providing further possibilities for therapeutic applications. In this study, we investigated the influence of murine MSCs on proliferation, phenotype, vitality, and cytotoxicity of murine CIKs in a coculture system. We found that CIKs in coculture proliferated within 7 days, with an average growth factor of 18.84, whereas controls grew with an average factor of 3.7 in the same period. Furthermore, higher vitality was noted in cocultured CIKs than in controls. Cell phenotype was unaffected by coculture with MSCs and, notably, coculture did not impact cytotoxicity against the tumour cells analysed. The findings suggest that cell–cell contact is primarily responsible for these effects. Humoral interactions play only a minor role. Furthermore, no phenotypical MSCs were detected after coculture for 4 h, suggesting the occurrence of immune reactions between CIKs and MSCs. Further investigations with DiD-labelled MSCs revealed that the observed disappearance of MSCs appears not to be due to differentiation processes.:Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis IV Bibliographische Beschreibung V Abkürzungsverzeichnis VII 1 Einleitung 1 1.1 CIK-Zellen (CIK) 3 1.1.1 Merkmale von CIK-Zellen 3 1.1.2 Wirkungsmechanismen von CIK-Zellen 3 1.1.3 Studienlage 4 1.1.4 Bisherige Ansätze zur Verbesserung der Kultivierungsbedingungen 6 1.2 Mesenchymale Stammzellen (MSC) 7 1.2.1 Allgemein 7 1.2.2 Differenzierung von MSC 7 1.2.3 Heterogenität und Einflussfaktoren der MSC - Identitätsproblematik 8 1.2.4 Charakterisierung von MSC 9 1.2.5 Therapeutische Einsatzmöglichkeiten von MSC 11 2 Zielformulierung 15 3 Material und Methoden 16 3.1 Tiere 16 3.2 Materialien 17 3.2.1 Materialien für Zellkultur 17 3.2.2 Materialien für FACS-Analyse 18 3.2.3 Materialien für Zytotoxizitätsassay 19 3.2.4 Materialien für CFU-F-Assay 20 3.3 Methoden 21 3.3.1 Statistische Auswertung 21 3.3.2 Zellkultur 22 3.3.3 FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) 26 3.3.4 Markierung der MSC mit DiD 28 3.3.5 Zytotoxizitätsassay (LDH-Freisetzungsassay) 29 3.3.6 CFU-F-Assay 32 4 Ergebnisse 34 4.1 Beeinflussung der Wachstumskurve 34 4.1.1 Der Wachstumskurvenverlauf von CIK-Zellen (Kontrollen) 34 4.1.2 Der Wachstumskurvenverlauf von CIK-Zellen in der Kokultur mit MSC 35 4.1.3 Der Wachstumskurvenverlauf in MSC-konditioniertem Medium 37 4.1.4 Der Wachstumskurvenverlauf bei Restimulierung an Tag 14 38 4.2 Beeinflussung des Oberflächenphänotyps 40 4.2.1 Der Oberflächenphänotyp von CIK-Zellen 40 4.2.2 Vergleich Oberflächenphänotyp Kontrollen mit kokultivierten CIK 43 4.3 Beeinflussung der Vitalität 46 4.4 Beeinflussung der Zytotoxizität 48 4.5 Identifizierung der MSC 49 4.5.1 Adhärenz an Plastikoberflächen 50 4.5.2 Fibroblastenähnliche Wachstumsmorphologie 50 4.5.3 Wachstum in Colony-Forming-Units 51 4.5.4 Der Oberflächenphänotyp von MSC 53 4.6 Schicksal der MSC in der Kokultur 54 4.6.1 Der Oberflächenphänotyp der adhärenten Zellen nach Kokultur 54 4.6.2 Kokultur mit DiD gelabelten MSC 57 5 Diskussion 59 5.1 Beeinflussung der Wachstumskurve 60 5.1.1 Mechanismen der Beeinflussung des Wachstumskurvenverlaufs 60 5.1.2 Fehlerbetrachtung 68 5.2 Identifizierung der CIK sowie Beeinflussung von Phänotyp und Vitalität 69 5.3 Beeinflussung der Zytotoxizität 70 5.3.1 Vergleich Zytotoxizität Kontrollen mit Kokulturen 70 5.3.2 Fehlerbetrachtung 71 5.4 Identifizierung der MSC 72 6 Schlussfolgerung 75 7 Ausblick 77 8 Zusammenfassung 79 Literaturverzeichnis 83 Danksagung I

Lyme borreliosis is a multisystemic disease affecting skin, joints, heart and central nervous system. The disease is caused by spirochetes of Borrelia burgdorferi sensu lato complex. These bacteria are spread by ticks of Ixodes genus. In 2016 there were almost 4,000 newly infected individuals reported in the Czech Republic. Contemporary serological diagnostics of Lyme borreliosis is not sensitive nor specific enough and does not even correlate with the pathology of the disease in the early or late phases. For the correct diagnosis of the disease it is necessary to detect the pathogen and its genotype. For this reason we had aimed at two goals. Through the digital droplet PCR (ddPCR) method we detected Borrelia-specific DNA and its genotype. The detection limit of borrelial DNA was set on gDNA samples isolated from the tick. Detection threshold for the initial amount of 1 ng of tick gDNA is at the range of 10-17 g of specific borrelial DNA. Borrelia spp. coinfection was detected in 5 out of 12 tested samples. The most frequent type was B. garinii which was detected in 5 samples. On the basis of published sequences for virulent factors we have designed specific primers in conserved regions of the genes flanking their variable segments to be PCR amplified. Gene variability will be monitored through...

The MHC class I status of tumour cells during immunotherapy is often underestimated. It represents one of important tumour escape mechanisms and thus can contribute to the failure of most of the cancer clinical trials that are usually based on the induction of cytotoxic T cell responses. Epigenetic changes in the promoters of genes involved in the MHC class I Ag presentation can result in decreased expression of the cell surface MHC molecules on tumour cells. Thus, epigenetic modifiers can restore an expression of the MHC class I molecules and make tumours visible to the CD8+ effector cells. Besides the epigenetic changes on the tumour cells, epigenetic modulators affect cells of the immune system such as dendritic cells (DC). Tumour cells can escape from the immune response not only by changes in the cancer cells, but also by influencing, expanding and/or activating immunoregulatory cell populations, such as regulatory T cells (Treg). This thesis focuses on the potential of the DC-based vaccines against HPV-16-associated tumours with a different MHC class I expression, on the combination of cancer immunotherapy with the treatment using epigenetic modifiers, with special attention paid to their effects on DC, and, finally, on the impacts of the anti-CD25 antibody (used for Treg elimination) on Treg and NKT...