In dieser Arbeit wurde das PVM-Mausmodell verwendet, um die Bedeutung der Typ I und Typ III Interferonantwort für die Pathogenese einer pneumoviralen Infektion zu analysieren. Hierzu wurden zunächst mit Hilfe der reversen Genetik rekombinante PVM-Mutanten hergestellt, bei denen die Gene für die NS-Proteine, welche vermutlich als Interferonantagonisten fungieren, deletiert sind. Die Charakterisierung der Replikationsfähigkeit der rPVM dNS-Mutanten erfolgte in vitro in Interferon-kompetenten und Interferon-inkompetenten Zelllinien. Ein zentraler Schritt innerhalb dieser Charakterisierung war die Untersuchung der Induktion von Interferonen in vivo und in vitro nach Infektion mit den rPVM dNSMutanten, wobei nachgewiesen wurde, dass die NS-Proteine von PVM als Interferonantagonisten fungieren. In allen Interferon-kompetenten Zellkulturen wurde eine Attenuierung von rPVM dNS1, rPVM dNS2 und rPVM dNS1dNS2 bezogen auf rPVM beobachtet. In allen Interferon-inkompetenten Zellkulturen konnte die Attenuierung der rPVM dNS-Mutanten nahezu vollständig revertiert werden. Nach Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten wurde in verschiedenen Zelllinien eine Induktion von Typ I und Typ III Interferonen betrachtet, wobei Unterschiede in der Stärke der Interferon-Induktion nach Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten vorhanden waren. Zusammenfassend war es möglich, die NS1- und NS2-Proteine von PVM in Analogie zu RSV eindeutig als Antagonisten der Interferonantwort zu identifizieren. Die Untersuchung der protektiven Rolle von Typ I und Typ III Interferonen für die Replikation und Pathogenität von PVM bildete den zweiten Teil dieser Arbeit. Hierzu wurde die Replikationsfähigkeit und Pathogenität der rPVM dNS-Mutanten in verschiedenen Interferon-defizienten Mausstämmen getestet. Die Untersuchungen ergaben eine protektive Rolle von Typ I und Typ III Interferonen bei einer Infektion mit PVM, wobei den Typ I Interferonen ein effektiverer Einfluss zugeordnet werden konnte. Ein Vergleich von Replikation und Virulenz zwischen den verschiedenen Typ I oder Typ III oder Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mausstämmen belegte eine erhöhte Suszeptibilität der Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäuse gegenüber einer Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten. Eine vollständige Aufhebung der Attenuierung wurde auch in den Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäusen nicht erlangt. Eine anti-apoptotische Funktion der NS-Proteine zusätzlich zu ihrer Wirkungsweise als Interferonantagonisten wurde aufgrund der unvollständigen Revertierung der Pathogenität der rPVM dNS-Mutanten in Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäusen vermutet. Der abschließende Teil dieser Dissertation befasste sich mit der Frage, welche Zellen bei einer natürlichen pulmonalen Infektion Interferone in vivo produzieren. In vitro wurde beobachtet, dass überraschenderweise nur sehr wenige virusinfizierte oder uninfizierte Zellen Typ I Interferone bilden. Der Nachweis darüber, welche Zellen während einer pulmonalen Infektion hauptsächlich Interferone in vivo produzieren, war aufgrund der fehlenden Eignung der kommerziell erhältlichen Interferon-Antikörper für intrazelluläre Gewebefärbungen nicht möglich. Dennoch gelang es abschließend durch eine neue Nachweismethode erstmals Zellen mit rezeptorgebundenen Interferon zu identifizieren, wobei es sich um ziliierte Epithelzellen, Alveolarmakrophagen und vermutlich Clarazellen sowie Typ I und Typ II Pneumozyten handelte. / In this thesis the PVM mouse model was used to unveil the role of type I and type III interferone response for the pathogenesis of pneumoviral infection. First, recombinant PVM dNS-mutants with single or combined deletions of the NS-genes were generated and replication efficiency characterization was analyzed in interferon-competent cells as well as in interferon-incompetent cells. A major point was to elucidate the NS-proteins of PVM as interferon antagonists. In interferon-competent cells the replication of rPVM dNS-mutants were significantly attenuated. These attenuation of all three rPVM dNS-mutants was almost completely reversed when interferon-incompetent cells were infected. Induction of type I and type III interferons was determined in different cell types after infection with rPVM dNS-mutants with differences in intensity of interferon induction. Thus, NS1- and NS2-proteins were clearly identified as interferon antagonists. To analyze the protective capacity of type I and type III interferons with respect to replication and pathology of PVM, mice lacking functional receptors for either or both interferons were infected with rPVM or the respective dNS-mutants. The results indicated that both type I and type III interferons which one restricted replication and pathology of PVM, with the former playing the greater role. Interestingly, the replication and virulence of wild-type PVM were completely unaffected by the presence or absence of functional receptors to type I and type III interferon, indicating that both systems are strongly suppressed during infection. However, pretreatment of mice with type I interferon were protective against lethal rPVM challenge, whereas pretreatment with type III interferon delayed but did not prevent death. Finally, the PVM-NS-proteins appeared to delay apoptosis independently of its IFN-antagonistic activity that may contribute to the limited pathogenicity of the viruses in type I/type III receptor deficient mice. In the last part type I interferon producing cells in a pneumoviral infection in vivo should be identified. It was documented that type I interferon producing cells are virusinfected cells as well as uninfected cells. Surprisingly, in vitro only few cells produced type I interferon during rPVM-GFP7 dNS1dNS2 infection. Because the commercially available interferon antibodies are not qualified for intracellular tissue staining it was not possible to identify in vivo the interferon producing cells, but by inventing a new method it was possible to verify the binding of type I interferon to the cell surface receptor of ciliated epithelial cells, alveolar macrophages and presumably Clara cells and type I and type II pneumocytes.

Zugl.: Giessen, University, Diss., 2008.

Zugl.: Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2009.

Ulm, Univ., Diss., 2008.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Darmstadt.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung optimaler DCs für die Generierung von therapeutischen Tumorvakzinen. Neben den essenziellen Eigenschaften der DCs wie der Migrationsfähigkeit, der Hochregulation kostimulatorischer Moleküle sowie der Zytokinausschüttung, ist auch die optimale Aufnahme von Tumor-spezifischen Antigenen und deren Präsentation besonders wichtig, um eine effiziente Immunantwort zur ermöglichen. Wichtigstes Ziel war es über einen optimalen Ausreifungscocktail der DCS eine effektive Antwort der zytotoxischen CD8\(^+\)-Zellen zu erzielen. Dies geschieht im Rahmen der Präsentation von z.B. exogenen Antigenen wie in unserem Falle eines CMV-Proteins über den Weg der sogenannten Kreuzpräsentation. Hierzu wurde im Rahmen dieser Arbeit der in unserer Klinik etablierte zytokinbasierte Ausreifungscocktail (IL-1β, TNFα) mit einem Ausreifungscocktail, welcher Toll-like-Rezeptor-Agonisten mit PGE\(_2\) kombiniert, verglichen. Wir konnten erstmals zeigen, dass PGE\(_2\) nicht nur einen Einfluss auf die Ausreifung, Zytokinproduktion und somit Migrationsfähigkeit der DCs hat wie in der Literatur beschrieben, sondern auch auf die Kreuzpräsentationsfähigkeit exogener Antigene. Das Weglassen von PGE\(_2\) im Cocktail 2 führte zu einer signifikant besseren Kreuzpräsentationsfähigkeit. Somit lässt sich durch unsere Experimente auf eine hemmende Wirkung von PGE\(_2\) auf die T-Zell-Aktivierung über die Kreuzpräsentation schließen. Als mögliche Schlussfolgerung unserer Experimente sollte bei der Arbeit mit Antigenen, welche über Kreuzpräsentation eine T-Zell-Antwort auslösen (Proteine, Tumorlysat, long-peptides) auf die Zugabe von PGE\(_2\) im Ausreifungscocktail verzichtet werden. / The aim of this work was to develop optimal dentritic cells (DCs) for the generation of therapeutic tumor vaccines. Besides the essential properties of DCs such as migration ability, upregulation of costimulatory molecules as well as cytokine release, the optimal uptake of tumor-specific antigens and their presentation is also particularly important to enable an efficient immune response. The most important goal was to achieve an effective response of cytotoxic CD8\(^+\) cells via an optimal maturation cocktail for DCs. This is done in the context of the presentation of e.g. exogenous antigens like in our case a CMV protein via cross-presentation. For this purpose, we compared the cytokine-based maturation cocktail (IL-1β, TNFα) established in our clinic with a maturation cocktail combining Toll-like receptor agonists with prostaglandin E2 (PGE\(_2\)). We were able to show for the first time that PGE\(_2\) not only has an impact on maturation, cytokine production and thus migratory ability of DCs as described in the literature, but also on the cross-presentation ability of exogenous antigens. Elimination of PGE\(_2\) in cocktail 2 resulted in significantly better cross-presentation ability. Thus, our experiments suggest an inhibitory effect of PGE\(_2\) on T-cell activation via cross-presentation. As a possible conclusion of our experiments, the addition of PGE\(_2\) in the maturation cocktail should be avoided when working with antigens that trigger a T cell response via cross-presentation (proteins, tumor lysate, long-peptides).

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Das Mikromilieu solider Tumor (tumor mircoenvironment, TME) weist verschiedene Besonderheiten auf, von denen bekannt ist, dass sie zu Chemotherapieresistenz und Tumorprogression beitragen können. Neben der Extrazellulären Matrix (ECM), den cancer associated cells (CAC) und diversen Entzündungszellen tragen auch chemische und physikalische Besonderheiten (Hypoxie, Azidose, erhöhter Gewebedruck, oxidativer Stress und Nährstoffmangel) zu Tumorprogression und Chemotherapieresistenz bei. Zudem wissen wir, dass Hitzeschock-Proteine (HSPs), Toll-like Rezeptoren (TLRs) und ABC-Transporter mit erhöhter Chemotherapieresistenz und Tumorprogression im Pankreas- und Kolonkarzinom einhergehen. Hier wurde untersucht, ob ein in vitro induzierter Nährstoffmangel im HT29 Kolonkarzinom, im Panc-1 Pankreaskarzinom und im MIA PaCa-2 Pankreaskarzinom zu einer gesteigerten Expression von HSP70, HSP90, MDR1, ABCB5 und TLR1 bis TLR10 auf mRNA und Proteinebene führt. Zudem wurde unter allen Versuchsbedingungen die Stoffwechselaktivität über einen MTS-Test gemessen. Der Nährstoffmangel wurde über die Kultivierung in einem Hybridomamedium, welches als proteinfreies Medium gilt und über die Kultivierung in einem serumfreien Medium induziert. Es zeigte sich, dass insbesondere die entdifferenzierte Panc-1 Pankreaskarzinomzelllinie eine erhöhte Resistenz gegenüber dem induzierten Nährstoffmangel aufwies. Auf mRNA-Ebene zeigten sich bei allen drei Tumorzelllinien deutliche Expressionssteigerungen. Diese waren insbesondere im Hybridomamedium nachweisbar und traten beim HT29-Kolonkarzinom nach 48h und im Panc-1 Pankreaskarzinom bereits nach 24h auf. Besonders intensive Expressionssteigerungen konnten im HT29 Kolonkarzinom bei ABCB5, TLR7 und TLR9 nachgewiesen werden. Die Expression von MDR1 war insbesondere im MIA PaCa-2 Pankreaskarzinom gesteigert. Auf Proteinebene konnte im HT29 Kolonkarzinom eine Expressionssteigerung bei HSP90 und TLR6 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse lassen zwei Interpretationen zu. Zum einen könnte über den Nährstoffmangel eine aggressivere Subpopulation selektioniert worden sein. In diesem Zusammenhang konnten die Expressionsdaten des Tumorstammzellmarkers CD133 leider nicht ausgewertet werden. Alternativ kann angenommen werden, dass die untersuchten Tumorzelllinien ihren aggressiven Phänotyp erst unter Nährstoffmangelbedingungen, wie wir sie regelmäßig in soliden Tumoren finden, zur Expression bringen. / The tumor microenvironment (TME) in solid tumors is low on nutrients and favors tumor progression and resistance to chemotherapies in different ways. In this study we cultured HT29 colorectal carcinoma cells, Panc-1 pancreatic carcinoma cells and MIA PaCa-2 pancreatic carcinoma cells in nutrient deprived conditions (NDC) and performed rtPCR expression analysis, SDS-PAGE and immunohistochemical staining after 24, 48 and 72 hours. Gene expression of ABC transporters (ABCB5, MDR1), heat-shock proteins (HSP70, HSP90) and Toll-like receptors (TLR1 – TLR10) in the NDC compared to normal condition was analyzed. We performed MTS tetrazolium assays to monitor the activity of the respiratory chain in any condition. We showed that the examined cell lines, and in particular Panc-1 pancreatic carcinoma, are very resistant to the NDC. The gens of interest showed increase expression after 48 hours (HT29) and 24 hours (Panc-1). The results suggest that culturing in NDC either selects a very aggressive and resistant subpopulation or NDC induces gene expression changes and shows us how cancer cells really perform in the nutrient deprived tumor environment. Unfortunately, we were not able to use the gene expression analysis of the stem cell marker CD133.

Die angeborene Immunität ist in der Lage, Pathogene schon beim erstmaligen Eindringen zu erkennen und zu bekämpfen. Haupteffektoren der schnellen, angeborenen Immunantwort sind Makrophagen und polymorphkernige neutrophile Granulozyten. Diese erkennen und phagozytieren Pathogene und koordinieren die weitere Immunantwort durch die Freisetzung von inflammatorischen Mediatoren und Zytokinen. Die Erkennung mikrobieller Bestandteile, wie Lipopolysaccharid (LPS) Gram-negativer Bakterien bzw. Peptidoglykan (PG) und Lipoteichonsäuren (LTA) Gram-positiver Bakterien, führt zur Aktivierung von unterschiedlichen Proteinkinasen, des Transkriptionsfaktors NF-(B und zur Freisetzung von Zytokinen. Mitglieder der Toll-Proteinfamilie, sogenannte Toll-like-Rezeptoren (TLR), wurden kürzlich als Rezeptoren auf Immunzellen identifiziert, die für die Erkennung solcher mikrobieller Bestandteile verantwortlich sind. Während TLR-4 der LPS-Erkennung dient, und TLR-2 und -6 verschiedene Liganden von Gram-positiven Bakterien binden, blieb die Frage der Erkennung von LTA und verwandten Glykolipiden strittig. Sowohl TLR-2 als auch TLR-4 wurden für diese Rolle diskutiert. Zielsetzung dieser Arbeit war, die Rolle von TLRs in der LTA- und Glykolipid-Erkennung zu untersuchten. Glykolipide von zwei eng verwandten Treponemen-Spezies, T. maltophilum (TM) und T. brennaborense (TB), sowie neuartig aufgereinigte Lipoteichonsäuren von Staphylococcus aureus (SA) und Bacillus subtilis (BS) wurden eingesetzt, um die nukleäre Translokation von NF-(B in verschiedenen Zellsystemen zu induzieren. Diese Zellstimulationsexperimente wurden mit verschiedenen TLR-2-negativen Zellinien sowie mit Peritonealexsudatzellen TLR-4-defizienter C3H/HeJ-Mäuse durchgeführt. Weitere Informationen lieferten TLR-2-Überexpressions-Experimente sowie Zellstimulationen unter Verwendung von anti-TLR-4-Antikörpern. Die Aktivierung von NF-(B wurde anhand von Gelshifts nachgewiesen. Mit der Überexpression von dominant-negativen Mutanten verschiedener Moleküle der Signalkaskade, mit Kinase-Hemmstoffen und mit Western Blots wurden die intrazellulären Signaltransduktionswege untersucht. Für Glykolipide von T. maltophilum und beide verwendeten Lipoteichonsäuren ließ sich eine klare TLR-2-Abhängigkeit in der Aktivierung von NF-(B und der Induktion von proinflammatorischen Zytokinen zeigen. Die Glykolipide von T. brennaborense hingegen waren überraschender Weise gleichzeitig auch TLR-4-Liganden. Beide untersuchten Glykolipide sowie beide LTAs aktivierten einen Signalweg unter Einbeziehung des Adaptermoleküls MyD88 und der NF-(B-induzierenden Kinase (NIK). Des weiteren konnte der Einfluß der MAP-Kinasen p42/44 und p38 auf die Treponema-Glykolipid- und LPS-induzierte TNF-(-Ausschüttung dargestellt werden. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, daß TLR-2 der Hauptrezeptor von Lipoteichonsäuren ist, und TLR-2 und -4 beide Rezeptoren der Treponema-Glykolipide sein können. Diese Ergebnisse sollten dazu beitragen, die molekularen Grundlagen der Reaktionen des Immunsystems auf Gram-positive Bakterien und Treponemen zu verstehen. / The innate immune response to microbial pathogens is able to protect the host after a first pathogen contact. This immediate immune response is largely mediated by macrophages and neutrophils. They recognize and phagocytose pathogens, and coordinate host responses by secreting inflammatory mediators, such as cytokines. The recognition of lipopolysaccharide (LPS) of Gram-negative bacteria, or peptidoglycan (PG) and lipoteichoic acids (LTAs) of Gram-positive bacteria leads to the induction of protein-kinases, the transcription factor NF-(B, and subsequently the release of proinflammatory cytokines. Recently, members of the Toll-protein-family, the so-called Toll-like receptors (TLRs) have been found to be involved in immune cell activation by microbial products. While TLR-4 has been identified as the transmembrane signal transducer for LPS, and TLR-2 and -6 for different ligands originating from Gram-positive bacteria, the molecular basis of recognition of lipoteichoic acids and related glycolipids has not been completely understood: Both, TLR-4 and -2 have been postulated as receptors. In order to determine the role of TLRs in immune cell activation by Treponema glycolipids and LTAs experiments involving TLR-2-negative cell lines, macrophages from TLR-4-deficient C3H/HeJ-mice, cells overexpression TLR-2, and inhibitory TLR-4 antibodies were performed. The induction of NF-(B was assessed by electrophoretic mobility shift assays. Glycolipids of two related Treponema species, T. maltophilum (TM) and T. brennaborense (TB), and LTAs from Staphylococcus aureus (SA) and Bacillus subtilis (BS) were investigated for induction of nuclear translocation of NF-(B in different cell systems. Glycolipids from T. maltophilum and both LTAs studied revealed TLR-2-dependency in induction of NF-(B and proinflammatory cytokines. Surprisingly, glycolipids from T. brennaborense were found to be TLR-4-ligands. Furthermore an involvement of the signaling molecules MyD88 and NIK in cell stimulation by LTAs and glycolipids was revealed by dominant-negative overexpression experiments. The induction of TNF-( by Treponema glycolipids furthermore was dependent on activation of MAP kinases p42/44 and p38, as indicated by specific kinase inhibitors. Tyrosinephosporylation of the p42/44 kinase induced by Treponema glycolipids were detected by western blots. In summary, the results presented here indicate that TLR-2 is the main receptor for LTAs. Both TLR-2 and -4 serve as receptors for Treponema glycolipids. These results may potentially contribute to explain immune responses to Gram-positive bacteria and treponemes.

Toll-like Rezeptoren (TLRs) sind essentielle angeborene Rezeptoren, die konservierte Strukturen von Krankheitserregern oder Gefahrsignale, die von beschädigten Zellen freigesetzt werden, erkennen können. Genetische Variationen in TLRs wie Einzel-Nukleotid-Polymorphismus (SNP) können die Funktion von TLRs beeinträchtigen und erste Studien zeigen, dass dies zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Virusinfektionen oder einem erhöhten Krebsrisiko führen kann. In dieser Studie haben wir einen Multicolor-Durchflußzytometrie-Test entwickelt, um die TLR-Funktionen in verschiedenen Subpopulationen unseparierter peripherer mononukleärer Blutzellen (PBMCs) simultan analysieren zu können. Wir konnten beobachten, dass das Ausmaß der TLR-Antworten zwischen den Probanden stark variierte, jedoch über einen Zeitraum von einem Monat gut reproduzierbar war. Zunächst untersuchten wir TLR Reaktionen bei Patienten mit rezidivierenden Herpes labilalis (HL). Im Vergleich zu asymptomatischen Personen war eine HL- Anamnese mit einer signifikant verminderten TLR3-IFN-Gamma-Antwort nach Stimulation mit poly(I:C) in NK Zellen assoziiert. Weitere molekulare Untersuchungen zeigten eine mögliche Beteiligung von TLR3 L412F SNP, welcher die oberflächliche TLR3 Expression und die IFN-Gamma-Antworten in NK-Zellen reduzierte. Einige Studien zeigen, dassTLR1 I602S, ein weiterer sehr verbreiteter SNP, in der Lage ist die TNF-Alpah-Antworten von Monozyten gegen den TLR2/1-Agonisten (Pam3Cys) zu verringern. In der hier vorliegenden Arbeit konnten wir zudem nachweisen, dass TLR1 I602S SNP auch die Funktion von NK-Zellen und CD8+ T-Zellen beeinträchtigt. Wir konnten keine Assoziation zwischen TLR2/1-Defizienz und reaktivierendem HL feststellen. Jedoch konnten wir an einer großen Kohorte von über 326 Patienten zeigen, dass der TLR1 SNP sowohl ein Risikofaktor für Magenkarzinomentstehung als auch für die Metastasierung ist. Zusammenfassend weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass genetische Polymorphismen von TLRs die Funktion von NK-Zellen beeinträchtigen und zu einer erhöhten Anfälligkeit für HSV-1 Erkrankung und Magenkarzinom führen können. / Toll-like Receptors (TLRs) are essential innate receptors which recognize conserved structures of pathogens, or danger signals released from damaged cells. Alterations of TLR responses might result in severe viral infections or a higher risk of cancer. Therefore, development of clinical assays to evaluate TLR functions could provide personalized information about susceptibility to these diseases. Since TLRs are differentially expressed on different subsets of human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), a multi-color flow cytometry-based assay was developed to detect TLR responses of individual cell types simultaneously. We observed that the magnitude of TLR responses largely varied between human subjects, but was highly reproducible over one month. To evaluate the potential role of differences in natural killer (NK) cell TLR response we studied the association of NK cell TLR function and TLR single nucleotide polymorphisms (SNPs) with susceptibility to recurrent herpes labialis (HL) and gastric cancer. Using our assay, impaired TLR3 response of NK cells was found in people with recurrent HL. In addition, we have identified enhanced levels of homozygous TLR3 L412F SNP in people with recurrent HL, which results in lower surface expression and reduced NK cell response to poly(I:C). TLR1 I602S, another common SNP, has been reported to decrease TNF-Alpha responses of monocytes toward TLR2/1 agonist, Pam3CSK4 (Pam3Cys), stimulation. In our study, we found that TLR1 I602S homozygosity also contributes to impaired IFN-Gamma responses of NK cells and CD8+T cells. Although we did not observe an association of TLR2/1 deficiency with recurrent HL, association of TLR1 I602S with risk for primary as well as metastatic gastric cancer was found in a cohort of 326 patients. To sum up, our results suggest that genetic polymorphisms of TLRs can impair TLR function of NK cells, which contribute to the increased susceptibility to HSV-1 diseases and gastric cancer.