Die Effizienz einer Tumortherapie durch einen Transfer von ex vivo aktivierten Tumor-spezifischen zytotoxischen T-Lymphozyten wird durch zahlreiche Faktoren wie geringe Anzahl der isolierten spezifischen T-Zellen, schnelles Abklingen der Aktivität und kurzzeitige Persistenz der transferierten Effektorzellen im Empfängerorganismus stark limitiert. Eine Möglichkeit zur Überwindung dieser Einschränkungen bietet die Entwicklung einer neuen Strategie zur Armierung der zytotoxischen T-Lymphozyten mit Tumor-spezifischen chimären Rezeptoren. Ziel dieser Arbeit war es, die Grundlagen für eine solche immuntherapeutische Strategie zu erarbeiten. Da das Prostatakarzinom die am meisten diagnostizierte maligne Erkrankung und die dritt häufigste Todesursache des Mannes ist, wurde das auf der Oberfläche von Prostatakarzinomzellen exprimierte PSCA (prostataspezifisches Stammzellantigen) als Zielantigen gewählt. Neben der therapierefraktären Spätstadien des Prostatakarzinoms bedürfen die früh entstehenden Mikrometastasen (minimale Resterkrankung) einer neuen adjuvanten Behandlungsoption. Das PSCA ist ein membranständiges Tumor-assoziiertes Antigen, das in mehr als 80 % der primären Prostatakarzinome überexprimiert wird. PSCA wird als besonders aussichtsreiches Zielantigen einer Immuntherapie bei fortgeschrittenen Prostatakarzinomen angesehen, weil sein Expressionsniveau mit der Tumorprogression und der Entwicklung zum androgenunabhängigen Wachstum ansteigt. In der vorgelegten Arbeit wurde zunächst ein neuer monoklonaler PSCA-spezifischer Antikörper generiert, der als Grundlage für die Konstruktion eines Einzelkettenantikörpers (scFv) verwendet wurde. Aus einem Hybridomklon, der sich durch sehr hohe Bindungsstärke auszeichnete, wurden mittels degenerierter Primer die kodierenden Sequenzen für die variablen VH und VL Domänen des Antikörpers amplifiziert. Durch die Verbindung der beiden VH und VL Domänen mittels eines Linkers wurde der PSCA-spezifische Einzelkettenantikörper generiert. Die mit gereinigtem scFv durchgeführten Bindungsanalysen bestätigten die Funktionalität des rekombinanten Proteins und seine Anwendbarkeit zur Chimerisierung eines membranständigen Rezeptors. Nach dem ?Zwei-Signal-Modell? benötigen T-Zellen für eine effiziente Antigen-spezifische Aktivierung neben dem T-Zell-Rezeptorsignal ein zusätzliches kostimulatorisches Signal. Daher wurden chimäre Rezeptoren auf der Basis der Beta-Kette des T-Zell-Rezeptors und des CD28-Moleküls generiert. Bei der Konstruktion des chimären T-Zell-Rezeptors wurde die konstante Domäne der Beta-Kette mit der CD3 -Kette fusioniert. Neben einer starken Oberflächenexpression des Rezeptors wurde auch die effiziente Bindung von löslichem PSCA nachgewiesen. Die Bindung des Rezeptors an das PSCA führte zur Phosphorylierung der ITAM-Sequenzen der heterodimeren -Kette, was die Funktionalität des chimären Rezeptors bestätigte. Die Stimulation der Zellen über den anti-CD3 Antikörper resultierte ebenfalls in der Phosphorylierung der heterodimeren -Kette, was ein Hinweis auf eine mögliche Interaktion der chimären Kette mit dem endogenen CD3-Komplex lieferte. Um die kostimulatorische Wirkung über das selbe Antigen zu erzielen, wurde das CD28 Molekül N-terminal ebenfalls mit dem Einzelkettenantikörper modifiziert. Die durch Bindung des löslichen Proteins induzierte Phosphorylierung der Akt-Kinase bewies die Funktionalität der chimären CD28 Kette als PSCA-spezifischer Rezeptor. Diese Arbeit demonstriert die Generierung eines hochaffinen PSCA-spezifischen Einzelkettenantikörpers als eine Antigen-erkennende Struktur eines chimären Rezeptors. Die Armierung polyklonaler zytotoxischer T-Lymphozyten mit den funktionsfähigen chimären Rezeptoren stellt den ersten Schritt einer neuen Strategie zur Eliminierung hormon-refrektärer und metastasierender Prostatakarzinomzellen dar.

Background: Sphingosine 1-phosphat receptor modulators (S1PRMs) have been linked to attenuated immune response to SARS-CoV-2 vaccines. Objective: To characterize differences in the immune response to SARS-CoV-2 vaccines in patients on selective versus unselective S1PRMs. Methods: Monocentric, longitudinal study on people with multiple sclerosis (pwMS) on fingolimod (FTY), siponimod (SIP), ozanimod (OZA), or without disease-modifying therapy (DMT) following primary and booster SARS-CoV-2 vaccination. Anti-SARS-CoV-2 antibodies and T-cell response was measured with electro-chemiluminescent immunoassay and interferon-γ release assay. Results: Primary vaccination induced a significant antibody response in pwMS without DMT while S1PRM patients exhibited reduced antibody titers. The lowest antibodies were found in patients on FTY, whereas patients on OZA and SIP presented significantly higher levels. Booster vaccinations induced increased antibody levels in untreated patients and comparable titers in patients on OZA and SIP, but no increase in FTY-treated patients. While untreated pwMS developed a T-cell response, patients on S1PRMs presented a diminished/absent response. Patients undergoing SARS-CoV-2 vaccination before onset of S1PRMs presented a preserved, although attenuated humoral response, while T-cellular response was blunted. Conclusion: Our data confirm differential effects of selective versus unselective S1PRMs on T- and B-cell response to SARS-CoV-2 vaccination and suggest association with S1PRM selectivity rather than lymphocyte redistribution.

Multiple Sklerose (MS) ist eine heterogene Krankheit des Zentralnervensystems, deren pathologische Mechanismen noch nicht vollständig aufgeklärt sind. Die gegenwärtige Hypothese ist, daß pro-inflammatorische T-Zellen entscheidend an der Pathogenese der MS beteiligt sind. Man geht davon aus, daß eine Fehlregulation der T-Zell-Kontrolle, möglicherweise bedingt durch ein Ungleichgewicht an Apoptose-regulierenden Molekülen, dabei eine Rolle spielt. Tatsächlich zielen therapeutische Strategien darauf ab, T-Zell-Aktivierung, Proliferation und Produktion von Zytokinen zu verringern, oder T-Zell-Eliminierung zu fördern. Diese Arbeit sollte zum einen die Bedeutung regulatorischer Faktoren klären, die für das überleben der T-Zellen von MS-Patienten verantwortlich sind. Zum anderen sollten die antiproliferative oder Apoptose-fördende Wirkung potentiell therapeutisch wirksamer Moleküle untersucht werden. Eine eingeschränkte Regulation der autoreaktiven T-Zellen durch Apoptose in der Peripherie und im ZNS trägt möglicherweise zur Pathophysiologie der MS bei. Als Schlüsselfaktoren der Regulation von Apoptose wurden Mitglieder der Bcl-2-Familie in MS-Patienten und Probanden untersucht. Diese Faktoren wurden in Relation zu der Suszeptibilität der T-Zellen gegenüber aktivierungsinduziertem Zelltod (sog. Activation-induced cell death oder AICD) überprüft. Um die in-vivo-Elimination der Antigen-reaktiven T-Zellen nachzuahmen, wurde ein in-vitro-Modell des AICD mit repetitiver T-Zell-Stimulation verwendet. Tatsächlich zeigten polyklonale T-Zellen von MS-Patienten eine verringerte Suszeptibilität für AICD, nachgewiesen sowohl durch verminderte Caspaseaktivtät (p=0.013) als auch durch DNA-Fragmentierung (p=0.0071). Weiter wurden höhere Spiegel des Proteins Bcl-XL in den Immunzellen von MS-Patienten mit Immunoblotting gemessen (p=0.014). Eine inverse Korrelation zwischen der Expression an Bcl-XL und der Empfindlichkeit der T-Zellen gegenüber AICD steht in Übereinstimmung mit vorhergehenden Daten bezüglich der Bedeutung dieses Proteins für die Apoptose-Resistenz von T-Zellen. Es wurde bereits gezeigt, daß dieses Molekül die Ausprägung der experimentell-autoimmun Enzephalomyelitis, des Tiermodells der MS, verstärkt. Zusammen mit den erhöhten Bcl-XL-Werten bei MS-Patienten, ergeben sich nun Perspektiven für einen therapeutischen Ansatz. Abgesehen von dem Konzept die apoptotische Eliminierung von T-Zellen zu unterstützen, streben gegenwärtige therapeutische Strategien an, die Aktivierung und weitere Proliferation der schädlichen T-Zellen zu hemmen. Basierend auf klinischer Erfahrung mit eher unselektiven Therapien, ist es ein therapeutisches Ziel, neue immunomodulatorische Substanzen mit besserer Selektivität zu finden, um das Nutzen/Risiko-Verhältnis zu maximieren. Aus diesem Grund wurden zwei unterschiedliche Substanzen untersucht die beide den Zellzyklus beeinflussen. Als erster Kandidat wurde der kürzlich entdeckte Todesligand TRAIL (engl.: TNF-related apoptosis inducing ligand) aus der TNF/NGF-Familie untersucht, da diesem bereits T-Zell-regulatorische Funktionen zugeschrieben worden waren, humane Antigen-spezifische T-Zellen jedoch resistent gegenüber TRAIL-induzierter Apoptose sind. Der zweite Kandidat mit potenziell therapeutischer Wirkung bei MS ist Atorvastatin, ein HMG-CoA-Reduktase-Hemmer, der bereits als Lipidsenker bei Patienten eingesetzt wird. Um die Hypothese zu überprüfen, daß diese Substanzen T-Zell-Rezeptor-Signale beeinflussen können, wurden humane Antigen-spezifische T-Zell-Linien von MS-Patienten und gesunden Probanden eingesetzt. Diese wurden hinsichtlich T-Helfer-Phänotyp und Peptid-Spezifität charakterisiert. Eine Behandlung mit TRAIL führte zur Hemmung der Proliferation in unterschiedlichem Ausmaß (6.2% - 63.8%). Atorvastatin hemmte in Abhängigkeit von der Dosis ebenso die Proliferation Antigen-spezifischer T-Zellen. Beide Substanzen wirkten antiproliferativ unabhängig von der Antigenpräsentation, aufgrund ihrer Fähigkeit, die Proliferation in Abwesenheit von professionellen Antigen-präsentierenden Zellen zu vermindern. Diese Eigenschaft weißt auf einen direkten Einfluß auf die T-Zell-Funktion hin. Die TRAIL-induzierte Hypoproliferation war assoziiert mit einer Herunterregulation der Zyklin-abhängigen Kinase CDK4 (engl.: cyclin dependent kinase 4), einem Schlüsselenzym für die nach T-Zell-Rezeptor-Stimulation einsetzende Transition von der G1- zur S-Phase des Zellzyklus. Inkubation mit Atorvastatin induzierte ebenso eine Verminderung von CDK4, begleitet von einer Erhöhung von p27Kip1. Die Atorvastatin-vermittelte Proliferations- und Zellzyklus-Blockade konnte durch Mevalonat rückgängig gemacht werden. Mevalonat ist ein Zwischenprodukt des HMG-CoA-Reduktaseweges. Atorvastatin scheint demnach einen direkten Einfluß auf diese Enzymkaskade zu haben, der wichtig für die Isoprenylierung von GTPase-Proteinen der Rho-Familie ist. T-Zell-Rezeptor-Stimulation führt zur Freisetzung von Kalzium aus intrazellulären Speichern und nachfolgend zur Öffnung transmembranöser Kalzium-Kanäle (sog. calcium release-activated calcium oder CRAC-Kanäle), die eine für die T-Zellaktivierung notwendige und anhaltende Erhöhung der intrazellulären Kalzium-Konzentration hervorruft. Nach Behandlung mit TRAIL wurde eine konzentrationsabhängige Inhibition des Einstroms extrazellulärer Kalzium-Ionen durch die CRAC-Kanäle beobachtet. Dies wurde mit löslichem TRAIL-Rezeptor-Fusionsprotein, einem TRAIL-Antagonisten, rückgängig gemacht. Die Blockade von Kalzium-abhängigen Aktivierungssignalen stellt damit möglicherweise einen primären immunregulatorischen Mechanismus für diese Todesliganden dar. Jedoch wurde keine Auswirkung von Atorvastatin auf die T-Zellaktivierung beobachtet, da der Einstrom von extrazellulärem Kalzium nicht beeinflußt wurde. Während Studien zum TRAIL-vermittelten Einfluß auf die T-Zell-Aktivierung und dem Zellzyklus erst in der präklinischen Phase sind, werden Statine, die ebenfalls den Zellzyklus beeinflussen, bereits in der Therapie anderer Erkrankungen angewand. Darüber hinaus werden derzeit bereits klinische Studien mit Statinen zur MS-Therapie durchgeführt. Weitere Untersuchungen zu den detaillierten Mechanismen antiproliferativer Substanzen mit potenziellem therapeutischen Effekt in der MS ermöglichen die Entwicklung von selektiveren immunomodulatorischen Therapien mit höherem therapeutischen Nutzen für MS-Patienten. / Multiple sclerosis (MS) is a heterogeneous disease of the central nervous system whose pathological mechanisms are far from completely understood. The current hypothesis is that pro-inflammatory T cells are orchestrating the pathogenesis of this condition. It is considered that a dysregulation in T cell control to be involved, with an imbalance in apoptosis-regulating molecules possibly playing a role. In fact, therapeutic strategies aim to reduce T cell activation, proliferation and cytokine production or to promote T cell elimination. The focus of this thesis was to identify the role of regulatory molecules for T cell survival in the immune pathogenesis of MS, and to investigate antiproliferative or apoptosis-promoting effects on T cells by potential therapeutic molecules. A limitation in the apoptotic regulation of autoreactive T cells in the periphery and in the CNS may contribute to the pathophysiology of MS. As key regulators of apoptosis, members of the Bcl-2 family were investigated in both MS patients and controls. These factors were examined in relation to the susceptibility of T cells, from both groups, towards activation-induced cell death (AICD). To mimic the in vivo elimination of antigen-reactive T cells, an in vitro model of AICD involving repetitive T cell receptor mediated stimulation was utilized. In fact, polyclonal T cells from MS patients showed a decreased susceptibility to undergo AICD as shown by both caspase activity (p=0.013) and DNA fragmentation (p=0.0071) assays. Furthermore, Bcl-XL protein levels, as measured by immunoblotting, were increased in the peripheral immune cells of MS patients (p=0.014). An inverse correlation observed between Bcl-XL levels and susceptibility of T cells to undergo AICD is in line with previous data on the significance of this anti-apoptotic protein in T cell resistance. Since this molecule has already been shown to aggravate the outcome of experimental autoimmune encephalitis, the animal model for MS, the observation of elevated Bcl-XL levels in patients offers perspectives towards therapeutic manipulation in MS. Apart from promoting apoptotic elimination, current therapeutic strategies aim at inhibiting activation and further proliferation of potentially harmful T cells. Based on clinical experience with rather non-selective therapies that promote T cell elimination, a therapeutic goal is to identify newer immunomodulatory substances with better selectivity in order to maximize the therapy's benefit to risk ratio. Thus, two different substances, both interfering with cell cycle regulation, were investigated. The first candidate was the recently discovered member of the TNF/NGF family of death ligands, TNF-related apoptosis inducing ligand (TRAIL) since it has been reported to have immunoregulatory functions and since human antigen-specific T cells were shown to be resistant towards apoptosis induction by this ligand. The second candidate drug with potential in MS therapy is atorvastatin, a 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme (HMG-CoA) reductase inhibitor and lipid-lowering drug, already indicated for anomalies in lipid metabolism. In order to prove the hypothesis that these substances interfere with T cell receptor signaling, human antigen-specific T cell lines from both MS patients and controls, characterized with regards to T helper differentiation and peptide specificity, were employed. Exogenous treatment of TRAIL resulted in an inhibition in proliferation, albeit to varying degrees (6.2% - 63.8% inhibition). Atorvastatin also inhibited proliferation of antigen-specific T cell lines in a dose-dependent manner. Both compounds induced hypoproliferation independently of antigen presentation, as shown by their ability to block T cell proliferation in response to direct T cell receptor engagement, thus indicating a direct influence on T cell function. The growth inhibition by TRAIL was associated with a downregulation of the cell cycle regulator CDK4, indicative of an inhibition of cell cycle progression at the G1/S transition. Incubating T cells with atorvastatin also induced a downregulation of CDK4 expression, which was accompanied by an upregulation of p27Kip1 expression. The atorvastatin-mediated inhibition in proliferation and cell cycle progression could be reversed by mevalonate, an intermediate product of the HMG-CoA reductase pathway, suggesting a direct involvement of atorvastatin in this pathway, necessary for the isoprenylation of small GTPase proteins of the Rho family. Utilizing a thapsigargin model of calcium influx to activate the same calcium-release activated calcium (CRAC) channels as T cell receptor-stimulation by antigen, an inhibition in calcium influx could be observed on pre-incubating T cells with TRAIL. Co-incubating with human recombinant TRAIL receptor 2 fusion protein, a competitive antagonist for TRAIL, reversed this inhibition. A direct influence on calcium influx is indicative of an influence of TRAIL on the activation status of human T cells. Therefore, TRAIL directly inhibits activation of these cells via blockade of calcium influx. However, no impact of atorvastatin on early T cell activation was observed, since calcium influx was unaffected. While TRAIL-mediated interference with T cell activation and further cell cycle progression is still in the pre-clinical phase, statins, which have also been shown here to interfere with the T cell cycle, are already employed in the clinic for other ailments. In fact, clinical trials are currently being undertaken with this group of drugs for MS. Further studies on detailed mechanisms of antiproliferative substances effective in MS will allow the development of highly selective immunomodulatory agents with increased beneficial profile as MS therapy.