Die adoptive T-Zell-Therapie (ATT) ist eine sich schnell entwickelnde Immuntherapie, die bei Patienten, die an verschiedenen Krebsarten leiden, eine positive klinische Reaktion anzeigt. Eine Variante der ATT ist eine T-Zellen-Rezeptor (TCR)-Gentherapie, bei der Patienten-T-Zellen mit krebsspezifischen TCRs ausgestattet werden. Die Herstellung der TCR-erzeugten T-Zellen ist schnell und robust und erfordert eine geringe Anfangsmenge an Patienten-T-Zellen. Der Mangel an verfügbaren krebsspezifischen TCRs, die auf verschiedene Moleküle des menschlichen Leukozytenantigens (HLA) der Klasse I beschränkt sind, schließt jedoch viele Patienten von der Krebsbehandlung aus. Die Generierung einer krebsspezifischen TCR-Bibliothek, die aus gut definierten TCRs besteht, könnte die Zahl der Patienten, die an klinischen Studien teilnehmen, erhöhen. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, Epstein-Barr-Virus (EBV)-spezifische TCRs zu identifizieren und zu isolieren, um eine EBV-spezifische TCR-Bibliothek als ein nützliches Werkzeug der TCR-Gentherapie bei der Behandlung von EBV-bedingten Krebserkrankungen zu generieren. Insgesamt wurden neun EBV-spezifische TCRs von EBV-positiven Spendern isoliert und charakterisiert, die verschiedene pHLA-Komplexe von EBV-Latentmembranproteinen (LMP1, LMP2A) und Kernprotein (EBNA3C) erkannten. Zusätzlich wurde ein neuartiges immunogenes LMP1-Epitop (QQNWWTLLV) entdeckt, das auf HLA-C*15:02 beschränkt ist. Definierte EBV-spezifische TCRs können als Grundlage für die EBV-spezifische TCR-Bibliothek verwendet werden, die eine wertvolle Quelle von TCRs für die schnelle Generierung von EBV-spezifischen T-Zellen zur Behandlung von Krebspatienten mit verschiedenen HLA-Typen darstellt. / Adoptive T cell therapy (ATT) is a fast developing immunotherapy indicating positive clinical response in patients suffering from different type of cancers. One type of the ATT is a T cell receptor (TCR) gene therapy, which involves endowing patient T cells with cancer-specific TCRs. Manufacturing of the TCR-engineered T cells is fast and robust, requiring small initial amount of patient T cells. However, lack of available cancer-specific TCRs restricted to various human leukocyte antigen (HLA) class I molecules eliminates many patients from cancer treatment. Generation of a cancer-specific TCR library consisting of well-defined TCRs could increase the number of patients enrolled in clinical trials. The aim of this PhD thesis was to identify and isolate Epstein-Barr virus (EBV)-specific TCRs in order to generate the EBV-specific TCR library as a useful tool of the TCR gene therapy for treatment of EBV-related malignancies. In total, nine EBV-specific TCRs of EBV-positive donors that recognized various pHLA complexes of EBV latent membrane proteins (LMP1, LMP2A) and nuclear protein (EBNA3C) were isolated and characterized. Additionally, a novel immunogenic LMP1 epitope (QQNWWTLLV) restricted to a HLA-C*15:02 was discovered. Defined EBV-specific TCRs can be used as a basis for the EBV-specific TCR library, which provides a valuable source of TCRs for rapid generation of EBV-specific T cells to treat cancer patients with different HLA types.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, ein Vektorsystem zu entwickeln, dass den simultanen Transfer verschiedener Transgene in CD8+ und CD4+ T-Zellen und dadurch die Herstellung eines immunotherapeutischen T-Zell-Produkts ermöglicht, welches aus zwei unterschiedlich modifizierten T-Zell-Subtypen besteht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Targeting-Technologie von lentiviralen auf γ-retrovirale Vektoren übertragen. Anschließend wird die Herstellung von Vektoren beschrieben, die spezifisch für murines CD4 oder CD8 sind. Deren Spezifität wurde zum einen durch die exklusive Expression von GFP in CD4+ oder CD8+ Zellen und zum anderen durch den Dosis-abhängigen Verlust des GFP-Signals nach Inkubation dieser Zellen mit CD4- und CD8-blockierenden Antikörpern nachgewiesen. Im dritten Teil der Arbeit wird gezeigt, dass MVm8 und MVm4 primäre T-Zellen spezifisch transduzieren. MVm8-vermittelter Transfer des Ovalbumin (OVA)-reaktiven TZRs OT-I führte zu T-Zellen, die OVA+ Tumor-Zelllinien erkannten und Interferon-γ sezernierten. Der vierte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der in vivo Transduktion primärer T-Zellen mithilfe von MVm8, welches den OT-I-TZR und eine Luciferase transferiert (MVm8/OT-I-luc). Durch systemische Applikation von MVm8/OT-I-luc wurden T-Zellen in vivo transduziert. Durch Immunisierungen konnten antigen-spezifisches Homing, Expansion und eine anschließende Kontraktion in vivo transduzierter T-Zellen gezeigt werden. Mäuse mit starker OT-I-luc-Expression waren gegenüber einer Infektion durch OVA-transgene listeria monocytogenes geschützt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das in dieser Arbeit entwickelte Vektorsystem in der Lage ist zwischen Subtypen von T-Zellen zu unterscheiden und sie simultan mit unterschiedlichen Transgenen auszustatten. Für MVm8 konnte gezeigt werden, dass es T-Zellen direkt in vivo transduzieren kann. / The aim of this thesis was to generate a vector system that allows the simultaneous transfer of different transgenes into CD8+ and CD4+ T cells, allowing the generation of a immunotherapeutic T cell product comprised of two differently engineered T cell subsets. The first part of the thesis describes the transfer of the measles virus (MV) envelope-based targeting technology from lentiviral (LV) to γ-retroviral (gRV) vectors. The second part reports the generation of two targeting vectors specific for murine CD4 or CD8. The exclusive specificity of MVm4 and MVm8 was proven by expression of GFP in CD4+ and CD8+ reporter cells, respectively, but not in CD4-CD8- cells after transduction, and by a dose-dependent loss of GFP signal after incubation of reporter cells with CD4 or CD8 blocking antibodies before transduction. The third part shows that MVm8 but not MVm4 transduced primary T cells. MVm8-mediated transfer of the ovalbumin (OVA)-reactive TCR OT-I resulted in T cells secreting interferon-γ (IFNγ) upon recognition of OVA+ tumor cell lines. The final part of this thesis describes the in vivo transduction of primary T cells using MVm8 transferring OT-I and a luciferase (MVm8/OT-I-luc). To this end, B6 mice deficient for Rag2 have been repopulated with either polyclonal (B6) or monoclonal T cells derived from P14-TCR transgenic mice (P14). One day later the transferred T cells were transduced in vivo by systemic application of MVm8/OT-I-luc. Upon immunization in vivo-transduced T cells homed, expanded and contracted repeatedly in an antigen-dependent manner. Finally, mice exhibiting strong luc-signals showed improved protection against infections by OVA-transgenic listeria monocytogenes (LM-OVA). In conclusion, the viral vector system developed within this thesis is able to discriminate between the two main T cell subsets and to equip them with distinct transgenes simultaneously.

Die Hämoxygenase 1 (HO-1) ist ein Stressprotein mit antientzündlichen, immunsupprimierenden und zytoprotektiven Eigenschaften, welche in vielen Tiermodellen nachgewiesen wurden. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind wenig bekannt. Diese Arbeit demonstriert erstmalig, dass die physiologische Induktion von HO-1 wichtig für die Limitierung von T-Zell-abhängigen Hautentzündungen ist. So führt der HO-1-Inhibitor, Zinn-Protoporphyrin IX (Sn-PPIX), zu einer verstärkten Hautentzündung im Mausmodell. Die pharmakologische Induktion von HO-1 durch Kobalt-Protoporphyrin IX, Co-PPIX, hemmt dagegen die Entzündung in DNFB- bzw. TMA-induzierten murinen Kontaktallergiemodellen sowohl bei Verabreichung von Co-PPIX während der Sensibilisierung als auch vor der Auslösung. Bemerkenswerterweise hemmt eine Co-PPIX-Behandlung die Antigen-induzierte T-Zellproliferation ex vivo in Milzzellen von behandelten Mäusen und in vitro in humanen mononukleären Zellen des peripheren Blutes. Da eine HO-1-Induktion durch Co-PPIX nur in Monozyten und in aus Monozyten abgeleiteten myloischen Dendritischen Zellen (MDDC), nicht aber in T-Zellen, beobachtet wurde, fokussierten alle weiteren Untersuchungen auf Antigen-präsentierende Zellen. HO-1-Induktion durch Co-PPIX reduziert die Expression von MHC-Klasse II und akzessorischen Molekülen und steigert die Phagozytose und den oxidativen Burst von Monozyten. Die immunphänotypische Differenzierung und Maturierung von MDDC wird gehemmt. Funktionsteste zeigen eine Reduktion der Expression und Sekretion von proinflammatorischen und immunstimulatorischen Zytokinen, während die Sekretion des antientzündlichen Zytokins IL-10 gesteigert ist. Die Fähigkeit der MDDC zur Antigenpräsentation gegenüber T-Helferzellen ist für Allo- und Recallantigene stark herabgesetzt. Mittels adenoviraler HO-1-Transduktion von MDDC konnte die Spezifität der Effekte bestätigt werden. Diese Daten zeigen, dass eine verstärkte HO-1-Aktivität die Dendritischen Zellen zu einem unreifen und immunkompromittierten Phänotyp verändert und weisen darauf hin, dass die HO-1-Induktion einen wichtigen Ansatz für die Hemmung der zellulären Immunität und für die Behandlung von T-Zell-abhängigen Hautentzündungen darstellt. / Heme oxygenase 1 (HO-1) is an antiinflammatory stress protein. Its immunosuppressive and cytoprotective activities have been demonstrated in several animal models. The underlying mechanisms, however, are poorly understood. This study demonstrates for the first time that the physiological induction of HO-1 is important for the limitation and resolution of T cell-dependent skin inflammation. So, the HO-1 inhibitor, tin protoporphyrin IX (Sn-PPIX), augments cutaneous inflammation in mouse model. Moreover, pharmacologic HO-1 induction by the potent HO-1 inducer, cobaltic protoporphyrin IX (Co-PPIX), inhibits inflammation when applied around sensitization or before challenge in murine DNFB- and TMA-induced contact hypersensitivity models. Remarkably, Co-PPIX treatment inhibits antigen-driven T cell proliferation both ex vivo in murine splenocytes and in vitro in human peripheral blood mononuclear cells. Since induction of HO-1 mRNA and protein was found in monocytes and monocyte-derived myeloid dendritic cells (MDDC) but not T cells, further investigations focused on antigen-presenting cells. HO-1 induction by Co-PPIX depresses monocytic MHC class II and accessory molecule expression whereas phagocytosis and respiratory burst activities are augmented. Moreover, HO-1 induction inhibits the immunophenotypic differentiation and maturation of MDDC. Functional analysis revealed a decreased proinflammatory cytokine production whereas secretion of the antiinflammatory cytokine IL-10 is increased. Remarkably, the antigen-presenting capacity of MDDC for T-helper cells is diminished both for allo- and for recall-antigens. Adenoviral HO-1 transduction of MDDC confirmed that the effects are mediated by HO-1. These data indicate that an enhanced HO-1 activity switches myeloid DCs to an immature and functionally compromised phenotype and suggest that HO-1 induction represents an important approach for depressing T cell immunity and for the treatment of T cell-dependent skin inflammation.

Sleeping Beauty (SB) Transposon-basierte Vektoren werden als Alternative zu viralen Vektoren für T-Zell-Gentherapie erforscht und ermöglichen eine schnelle und kostengünstige Genmanipulation von T-Zellen. Die Verwendung von Transposon-Vektoren erfordert jedoch die DNA-Elektroporation von T-Zellen, die sich schädlich auf T-Zellen auswirkt. DNA-elektroporierte T-Zellen weisen eine verringerte Lebensfähigkeit und eine verzögerte Aktivierung nach Stimulation des T-Zell-Rezeptors (TCR) auf. Um die Nachteile der Transposon-basierten T-Zell-Genmanipulation zu überwinden, haben wir neuartige SB-Vektoren entwickelt. Durch die Kombination von SB Transposon-basierten Minicircle-Vektoren mit SB100X Transposase-mRNA konnten T-Zellen effizient genmodifiziert werden. Unser Ansatz reduzierte die T-Zell-Mortalität und steigerte gleichzeitig die Transfektionseffizienz. Mit diesen neuartigen Vektoren wurde die stabile Expression verschiedener TCRs und CARs in über 50% der eingesetzten T-Zellen erreicht. Gentechnisch manipulierte T-Zellen konnten Antigen-spezifisch stimuliert werden und zeigten effiziente Zytokin-Sekretion und Tumorzell-Lyse. Weiterhin haben wir miRNAs entwickelt, die die Expression der endogenen TCR-Ketten unterdrücken. Der Einbau dieser miRNAs in die TCR-Expressionskassette erhöhte die Oberflächenexpression des therapeutischen TCRs, verringerte die Fehlpaarung mit endogenen TCR-Ketten und erhöhte die T-Zell-Funktionalität. Ein direkter Vergleich von SB- und Virus-modifizierten T-Zellen zeigte sowohl in vitro als auch in vivo eine vergleichbare Wirksamkeit der modifizierten T-Zellen hinsichtlich Zytokin-Sekretion, Tumorzell-Lyse und Tumorkontrolle. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass SB Minicircle-Vektoren die Herstellung von genetisch modifizierten T-Zellen ermöglichen und diese Tumor-spezifische Wirksamkeit aufweisen. Dieser Ansatz könnte die Herstellung therapeutischer T-Zellen für die personalisierte T-Zell-Gentherapie vereinfachen und beschleunigen. / Sleeping Beauty (SB) transposon-based vectors have entered clinical trials as an alternative to viral vectors for T cell gene therapy, offering time- and cost-efficient engineering of therapeutic T cells. However, transposon vectors require DNA electroporation into T cells, which we found to cause adverse effects. T cell viability was decreased, and DNA-transfected T cells showed delayed activation upon T cell receptor (TCR) stimulation regarding blast formation and proliferation. To overcome the limitations of transposon-based T cell engineering, we investigated the effect of DNA electroporation on T cells and developed novel SB vectors. T cells could efficiently be engineered with Sleeping Beauty vectors by combining SB transposon minicircles and SB100X transposase mRNA. Our approach reduced T cell mortality and substantially enhanced transfection efficiency. We achieved stable expression of several TCRs and CARs in more than 50% of the transfected T cells compared to 15% when conventional plasmids were used. T cells engineered to express a tumor-specific TCR mediated effective tumor cell lysis and cytokine secretion upon antigen-specific stimulation. Furthermore, we developed miRNAs to silence the expression of the endogenous TCR chains. Incorporation of these miRNAs into the TCR expression cassette increased surface expression of the therapeutic TCR, diminished mispairing with endogenous TCR chains, and enhanced T cell functionality. Importantly, a direct comparison of SB minicircle- and RV-engineered T cells in vitro as well as in vivo demonstrated equal T cell efficacy with regards to cytokine release, tumor cell lysis and tumor control. We demonstrated that SB minicircles enable the generation of gene-modified T cells with tumor-specific reactivity. Our approach facilitates the manufacturing of therapeutic T cells with superior biosafety and accelerates the generation of patient-specific T cell products for personalized T cell gene therapy.

In dieser Arbeit wurde die funktionelle Rolle und Regulation des murinen Transkriptionsfaktor Foxp3 untersucht. Der erste wesentliche Teil zur Analyse der funktionellen Rolle war dabei die Erzeugung einer BAC- transgenen Maus. Hierfür wurde ein Zielgenvektor mit der kodierenden Region des eYFPs und einer dualen Selektionskassette sowie die Methode des ET- Klonierens verwendet. Leider war die homologe Rekombination des Zielgenvektors in den BAC nicht erfolgreich. Es kam zu einer ungeklärten Rekombination mit Fremd- DNS. Die Erzeugung der transgenen Maus wurde nach diesem Ergebnis eingestellt, und es wurde mit einer von unserem Kooperationspartner zur Verfügung gestellten BAC- transgenen Maus weitergearbeitet. Diese Maus, die DEREG- Maus, wurde nach dem gleichen Prinzip erstellt, wie die in dieser Arbeit gestartete transgene Maus, an Stelle des eYFPs trägt die DEREG- Maus die kodierenden Region des GFPs und des Diphtheria- Toxin- Rezeptors. Mit dieser Maus wurden erste Analysen zur Überprüfung der transgenen Maus unternommen. Es wurde die Koexpression von GFP und Foxp3, sowie die Depletion der Foxp3+ T- Zellen mittels Diphtheria- Toxin analysiert. Als nächstes wurde die funktionelle Rolle des Transkriptionsfaktors Foxp3 analysiert. Als einer der ersten Schritte wurde die Stabilität von Foxp3 in vivo überprüft und gezeigt, dass T- Zellen, die das Foxp3- Protein exprimieren, bis zu 14 Tage in vivo stabil sind. Weiterhin wurde die Stabilität der Foxp3- Expression in in vitro Kulturen nach Induktion durch TGF-beta untersucht. Die induzierten Tregs zeigten keine stabile Foxp3- Expression und auch bei der Methylierungsanalyse der TSDR zeigten diese T- Zellen nicht das für ex vivo isolierte Foxp3+ T- Zellen beschriebene Methylierungsmuster. Die Stabilität scheint mit der Demethylierung der TSDR zu korrelieren. Die induzierten Tregs zeigten neben dem nicht stabilen Foxp3- Phänotyp auch eine von der Foxp3- Expression abhängige Suppression von naiven Zellen im in vitro Proliferations- Test. Im dritten Teil der Arbeit wurde die Struktur und Regulation des Transkriptionsfaktors Foxp3 untersucht. Der Lokus wurde auf konservierte Regionen im Vergleich zu den Spezies Maus, Mensch, Ratte, Huhn, Schimpanse, Hund und Frosch untersucht. Die in Floess*, Freyer* et al. (63) gefundenen Region TSDR enthält einen hochkonservierten Bereich. Die Region wurde auf mögliche Transkriptionsfaktor- Bindungsstellen hin analysiert, und ebenfalls wurden in diesem Bereich Histon- Modifikationen für die Acetylierung der Histone H3 und H4, sowie Tri- Methylierung des Lysin4 des Histons H3 gefunden. Die TSDR wurde in Luciferase- Tests auf ihre transkriptionelle Aktivität hin getestet und zeigte einem Enhancer ähnliche unterstützende Aktivität. Die Methylierung der TSDR in den Luciferase- Tests führte zu einer Reduktion der transkriptionellen Aktivität. Deletionsmutanten der TSDR konnten den Bereich für die transkriptionelle Aktivität weiter einschränken und zeigten ein 275pb großes Fragment auf, in welchem viele interessante, mögliche Transkriptionsfaktor- Bindungsstellen und auch die größte Anzahl der differentiell methylierten CpG- Motive liegen. / The aim of the study was to analyze the function and regulation of the transcription factor Foxp3. In a first step we designed a BAC-transgenic mouse with eYFP under the control of the Foxp3 promoter. For creating these mice we use the ET- cloning method. The step of homologous recombination of the target vector into the BAC failed. Because of that, we decided to work in cooperation with the group of Tim Sparwasser from Munich and their BAC- transgenic mouse called DEREG- mouse. This mouse expresses the coding region of eGFP fused to the diphtheria- toxin- receptor under the control of the Foxp3 promoter. Therefore Foxp3+ T cells can be easily detected by eGFP expression and can even be depleted by diphtheria- toxin- application. We confirmed the co- expression of Foxp3 and eGFP and furthermore tested the functionality of the depletion- process of Foxp3+ T cells by treatment with diphtheria- toxin. In a second study, we analyzed the stability of Foxp3 expressing cells in vivo. Therefore we transferred Foxp3+ T cells in syngenic mice and analyzed these cells after 14 days for their Foxp3- expression. Furthermore, we tested the induction of Foxp3 expression through TGF-beta and the suppressive activity of these cells. We also analyzed those cells for their methylation pattern, comparing cells, which showed an induction of Foxp3- expression after one week of culture with TGF-beta to cells, which received TGF-beta for one week and were then restimulated in the absence of TGF-beta. The stability of Foxp3 expression seems to correlate with the demethylated state of the TSDR (Treg Specific Demethylated Region). To get a closer look on the region called TSDR in the murine foxp3 locus, we decided to analyze this region under different aspects. First, we checked for putative binding sites of transcription factors by database analysis of the TSDR. We also analysed histon modifications, such as acetylation of histon H3 and H4 and tri- methylation of lysine 4 at histon3, in this region. Presence of these modifications hinted an epigenetic regulation of Foxp3 involving the TSDR. In a last step, the transcriptional activity of TSDR was tested to delineate whether the TSDR serves as an alternative promoter or acts as a regulative element like an enhancer. Luciferase assays showed that TSDR is a regulative enhancer element, which loses transcriptional activity when methylated. Deletion mutants determined the most important fragment of the TSDR.

Die Einwanderung von T-Zellen in ein Gewebe wird durch selektive Wechselwirkungen mit vaskulären Endothelzellen kontrolliert. In der vorliegenden Arbeit wurde der Frage nachgegangen, ob Interaktionen zwischen Lebersinusendothelzellen (LSEC) und CD4+ T-Zellen die gewebespezifische Migration von CD4+ T-Zellen beeinflussen und damit Relevanz für den Verlauf spezifischer Immunantworten haben. Die Präsentation von Antigenen durch zytokinaktivierte LSEC erhöhte die Adhäsion und Transmigration antigenspezifischer CD4+ T-Zellen. Die Daten deuten auf eine Rolle des Lebersinusendothels bei der entzündungsinduzierten, antigenabhängigen Rekrutierung von CD4+ T-Zellen in das Lebergewebe hin. Eine antigenabhängige Aktivierung naiver CD4+ T-Zellen durch LSEC sowie deren Bereitstellung von Retinolsäure induzierte die Expression von darmspezifischen Homingrezeptoren auf CD4+ T-Zellen. LSEC-aktivierte CD4+ T-Zellen migrierten in das Darmgewebe von C57BL/6-Mäusen. Die Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass LSEC einen darmspezifischen Homingphänotyp und damit die Migration von in der Leber aktivierten CD4+ T-Zellen in den Darm induzieren. Die Bereitstellung von Chemokinen durch LSEC mittels Transzytose und Immobilisierung verstärkte die Transmigration von CD4+ T-Zellen durch das Endothel. Die Gabe eines Inhibitors der endothelialen Chemokintranszytose während einer Concanavalin A-induzierten Autoimmunhepatitis supprimierte den Verlauf der Hepatitis und führte zu einer verminderten Migration von aktivierten CD4+ T-Zellen in das Lebergewebe. Diese Daten weisen dem Lebersinusendothel eine aktive Beteiligung in der chemokinabhängigen Rekrutierung von CD4+ T-Zellen in die Leber zu. In der vorliegenden Arbeit wurde die Modulation der gewebespezifischen Migration von CD4+ T-Zellen über Antigenpräsentation und Chemokinbereitstellung durch das Lebersinusendothel gezeigt und damit weitere spezifische Aspekte in der Funktion der Leber als immunologisches Organ beschrieben. / T-cell immigration into a tissue is controlled by selective interactions with vascular endothelial cells. The present study addressed the question if interactions between liver sinusoidal endothelial cells (LSEC) and CD4+ T cells influence the tissue-specific migration of CD4+ T cells and thus have relevance for the course of specific immune responses. Antigen presentation by cytokine-activated LSEC increased adhesion and transmigration of antigen-specific CD4+ T cells. These results indicate an involvement of LSEC in the inflammation-induced, antigen-specific migration of CD4+ T cells into the liver tissue. Antigen-specific activation of naive CD4+ T cells by LSEC and their supply of retinoic acid induced expression of gut-specific homing receptors on CD4+ T cells. LSEC-activated CD4+ T cells migrated into the intestine of C57BL/6 mice. The findings presented here imply that LSEC induce a gut-specific homing phenotype resulting in migration of liver-activated CD4+ T cells into the intestine. The active supply of chemokines by LSEC via transcytosis and immobilization enhanced transmigration of CD4+ T cells. Administration of an inhibitor of the endothelial chemokine transcytosis during Concanavalin A-induced autoimmune hepatitis suppressed hepatitis and resulted in reduced migration of activated CD4+ T cells into the liver tissue. The data show the impact of LSEC on the chemokine-dependent recruitment of CD4+ T cells into the liver. In the present study the modulation of the tissue-specific migration of CD4+ T cells by LSEC via antigen presentation and supply of chemokines was demonstrated. Thus, additional functional aspects concerning the immunologic functions of the liver were described.

T-Helfer-9-(Th9-)Zellen produzieren große Mengen Interleukin-(IL-)9 und lösen bei Wurm- und Tumorerkrankungen protektive Immunantworten aus. Sie sind aber auch maßgeblich an der Pathogenese chronisch entzündlicher Darmerkrankungen beteiligt. Im Widerspruch zu diesen entzündungsauslösenden Eigenschaften steht ihre Rolle bei der Erzeugung von Toleranz gegenüber allogenen Transplantaten. Diese gegensätzlichen inflammatorischen Eigenschaften deuten eine bisher nicht untersuchte funktionelle Heterogenität an. In vitro-differenzierte allo-reaktive Th9-Zellen zeigten sich in ihrer Gesamtheit pro-inflammatorisch. Dies äußerte sich nach Transfer in recombination activating gene-defiziente (Rag-/-) Mäuse durch einen akut einsetzenden Gewichtsverlust mit intestinaler Entzündung und durch die Abstoßung allogener Hauttransplantate. Mittels Einzelzell-Genexpressionsanalyse wurden zwei Th9-Subpopulationen identifiziert, die sich vor allem in ihrer CD96-Expression unterschieden (CD96low versus CD96high Th9-Zellen). Die differenzielle Expression von CD96 spiegelte sich auch im inflammatorischen Potenzial der Zellen wider. Während der Transfer von CD96low Th9-Zellen in Rag-/- Mäuse einen Gewichtsverlust mit Darmentzündung sowie die Transplantatzerstörung verursachte, zeigten CD96high-rekonstituierte Tiere kaum Entzündungsanzeichen im Transplantat bzw. im Darm. Dementsprechend verloren sie auch kein Gewicht. Es zeigte sich, dass CD96low Th9-Zellen ein höheres Potenzial zur Produktion von IL-4 und IL-9 sowie zur Expansion besaßen als CD96high Th9-Zellen. Eine Blockade von CD96 in vivo stellte die inflammatorischen Eigenschaften von CD96high Th9-Zellen wieder her, wodurch die funktionelle Relevanz der CD96-Expression unterstrichen wurde. Diese Daten belegen, dass es sich bei Th9-Zellen um eine funktionell heterogene Zellpopulation handelt. Weiterhin zeigen sie, dass CD96 – ein Molekül mit bislang unklarer Funktion in CD4+ T-Zellen – die Aktivität von Th9-Zellen negativ beeinflusst. / T helper 9 (Th9) cells are potent producers of interleukin(IL-)9 driving host immunity against worm infections and tumors. Furthermore, they are predominantly involved in the pathogenesis of chronic inflammatory bowel diseases. However, they also induce tolerance in allogeneic transplantation, which contrasts with their pro-inflammatory properties. These observations indicate a functional heterogeneity of Th9 cells not examined so far. Total in vitro differentiated allo-reactive Th9 cells injected into recombination activating gene-deficient (Rag-/-) mice caused weight loss, intestinal inflammation and rejection of allogenic skin grafts which proofed their inflammatory character. However, using single cell profiling, two subsets of Th9 cells mainly differing in their CD96 expression were identified (CD96low versus CD96high Th9 cells). Transfer of CD96low Th9 cells into Rag-/- mice induced severe weight loss, intestinal inflammation and graft destruction. In contrast, transfer of CD96high Th9 cells did cause neither weight loss nor resulted in graft rejection. Transcriptional profiling revealed a higher IL-9 and IL-4 expression potential as well as an increased expansion capacity in CD96low Th9 cells compared to CD96high Th9 cells. Blockade of CD96 in vivo restored the inflammatory properties of CD96high Th9 cells demonstrating, that expression of CD96 controls effector functions in Th9 cells. Thus, Th9 cells are heterogeneous in function. Moreover, this study suggests an inhibitory role for the co-signaling receptor CD96 – a molecule with so far unknown function in CD4+ T cells – in Th9 cells.

Adoptiver Transfer EBV-spezifischer, polyklonaler T-Zelllinien findet Anwendung bei Prophylaxe und Therapie EBV-assoziierter Erkrankungen. Der Ansatz hat den Nachteil der aufwändigen Herstellung der T-Zelllinien, welche aufgrund der Stimulation mit EBV transformierten B-Zelllinien oft nicht die gewünschten EBV Antigene, sondern immundominante EBV Antigene erkennen. Eine Alternative zum polyklonalen T Zelltransfer stellt die Übertragung EBV-spezifischer T-Zellrezeptoren (TCRs) dar. Dadurch können subdominante EBV Antigene angegangen werden, die von Tumorzellen tatsächlich exprimiert werden. In den hier beschriebenen Arbeiten, verwendeten wir peptidbeladene dendritische Zellen (DCs), um selektiv CD4+ T-Zellen gegen ein Epitop aus dem EBV Protein EBNA2 anzureichern. Es gibt Hinweise darauf, dass DCs sich besonders zur Stimulation von T-Zellen eignen, die subdominante EBV Antigene erkennen. Die TCR Gene eines solchen CD4+ T-Zellklons, sowie zweier CD8+ Klone, wurden in Vektoren kloniert, mit denen die EBV Spezifität der Klone auf andere T-Zellen übertragen werden sollte. Wie bereits zuvor in anderen Laboren beobachtet, waren auch unsere TCR modifizierten T-Zellen zunächst nicht in der Lage, EBV infizierte Zielzellen effektiv zu attackieren. Erst durch Modifikation der Vektorstrategie (2A Peptidlinker als Ersatz für das IRES Element (internal ribosomal entry site)) sowie der TCR Gene (Codon-Optimierung) konnte eine deutlich verbesserte Expression und Funktion der modifizierten T-Zellen erreicht werden. Außerdem hing die Effektivität der modifizierten T-Zellen essentiell von der als Zielzelle verwendeten LCL ab. Die hier beschriebenen Arbeiten zeigen die erfolgreiche Übertragung von TCRs gegen EBV Antigene auf T-Zellen. Die so modifizierten T-Zellen erlangten anti-EBV Aktivität und sprechen daher für die prinzipielle Anwendbarkeit TCR-modifizierter T-Zellen zur Behandlung EBV-assoziierter Erkrankungen. / Adoptive transfer of polyclonal Epstein-Barr-virus (EBV)-specific T cell lines has been used as prophylaxis and therapy in patients with EBV-associated malignancies. This approach, however, is limited by the difficult expansion of polyclonal T cells directed mainly against dominant EBV antigens presented on EBV-transformed B cell lines (LCLs). Isolating EBV-specific T cell receptors (TCRs) for transduction of T cells is an alternative strategy to confer T cell immunity against EBV antigens including subdominant EBV antigens. In this study, we have used peptide-pulsed DCs to selectively expand EBV-specific CD4+ T cell clones against an EBNA2-derived epitope. Data suggested that peptide-pulsed DCs are particularly effective in stimulating T cells specific for subdominant EBV antigens. TCR genes from one of these clones as well as from two CD8+ T cell clones were identified by RACE PCR. TCR alpha and beta chains where then cloned into retroviral vectors for transduction of T cells to equip them with anti-EBV specificity. The TCR-modified T cells where then tested for their function towards LCLs to assess the chances for the use of EBV-redirected T cells in adoptive immunotherapy of EBV-associated disease. Like in previous reports, our EBV-specific TCRs at first did not confer effective activity against LCLs. Instead, we had to apply modifications to the TCR vectors to improve expression and function of the introduced TCRs. Codon optimization as well as replacement of the IRES site by a 2A peptide linker was required to significantly increase expression and function of transduced TCRs. Also, we found that the effectiveness of TCR transduced T cells is dependent on the target cell chosen. Our data show successful transfer of functionally active EBV-specific TCRs into T cells to render them effective against LCLs, representing the basis for the development of TCR-transgenic T cells for adoptive T cell transfer in EBV-associated disease.

Das Ziel dieser Arbeit war, die funktionellen Charkteristika von humanen antigenerfahrenen CD4-T-Zellen in Relation zur Expression von IL-7Ra und CCR7 zu untersuchen. Im Rahmen dessen wurden zwei verschiedene experimentelle Ansätze wurden gewählt: Zur Analyse von Populationen, die während einer Primärantwort auftreten, wurden antigenerfahrene CD4-T-Zellen in vitro mit TSST-beladenen dendritischen Zellen stimuliert. Der zweite Ansatz bestand darin, zirkulierende antigenerfahrene CD4-T-Zellen entsprechend ihrer CCR7- und IL7R-Expression zu isolieren, um die heterogenen zirkulierenden T-Zellen zu untersuchen. Die Experimente zeigen, daß IL7RhiCCR7+ T-Zellen Charakteristika zentraler Gedächtniszellen besitzen. IL7RlowCCR7–identifiziert hingegen Zellen mit Effektor-T-Zellmerkmalen. Dementsprechend wiesen IL7RlowCCR7– T-Zellen ein stark verringertes Zellüberleben auf, waren stark beeinträchtigt in darin in Anwesenheit von homöostatischen Zytokinen zu proliferieren und exprimierten nur wenig IL-2. Im Gegenzug überlebten IL7RhiCCR7+ T-Zellen gut, reagierten auf homöostatische Zytokine, sekretierten IL-2 und expandierten nach antigenspezifischer Stimulation. Interessanterweise erkannten ex vivo isolierte IL7Rlow T-Zellen vornehmlich persistierende Antigene. Dies weist darauf hin, daß diese Zellen chronisch aktiviert sind. In vitro konnte demonstriert werden, daß die funktionelle Ausprägung der den zentralen Gedächtniszellen ähnlichen IL7RhiCCR7+ T-Zellen deutlich von der Stärke der Stimulation während der Generierung der IL7RhiCCR7+ T-Zellen abhängt. Dieser Umstand stützt die Hypothese, daß die Quantität der Signale während der primären Stimulation die Richtung der Zelldifferenzierung bestimmt und ein solcher Mechanismus zur Heterogenität der zentralen Gedächtnis-T-Zellen in vivo beiträgt. Zusammenfassend kann man feststellen, daß, sich die Marker CCR7 und IL7R in Kombination als ein wertvoll zur Identifizierung von CD4-Gedächtnis- und –Effektor-T-Zellen erweisen / The aim of this work was to elucidate the functional characteristics of human antigen-experienced CD4 T cells according to the expression of IL7RAlpha and CCR7. Two different approaches were used: in order to analyze the subsets occurring during a primary response, antigen-experienced CD4 cells were analyzed in vitro after priming with the superantigen TSST. The signal strength of TCR-stimulation during the priming was modulated in order to understand how the levels of stimulation might influence the generation of memory-like T cells. The second approach was to isolate circulating CD4 T cells expressing different combinations of CCR7 and IL7R in order to analyze the heterogeneous pool of antigen-experienced cells found under steady state conditions ex vivo. The results revealed that both in vitro and ex vivo the IL7RhiCCR7+ T cell subset corresponds to cells with TCM characteristics whereas IL7RlowCCR7– identifies cells with effector characteristics. Correspondingly, IL7RlowCCR7–CD4 T cells showed low survival rates, impaired proliferation in the presence of homeostatic cytokines and a low IL-2 production, IL7RhiCCR7+ CD4 T cells survived well, responded to homeostatic cytokines, secreted IL-2 and expanded upon antigenic stimulation. Notably, ex vivo isolated IL7Rlow T cells preferentially recognized under steady state conditions persistent antigens, suggesting that these cells are chronically activated. Finally, it was demonstrated that IL7RhiCCR7+ TCM-like cells generated in vitro acquired different functional properties depending on the strength of stimulation during the priming. This fact supports the concept that the amount of signal received during the priming influences the cell fate decision contributing to the heterogeneity of the TCM pool in vivo. In summary, despite some differences observed between in vitro and ex vivo CD4 T cell subsets, the combination of the markers CCR7 and IL7R is useful to distinguish memory- from effector-like CD4 T cells.

Das Knochenmark (BM) beherbergt wesentliche Komponenten des adaptiven Immunsystems, die einen langfristigen Schutz gegen wiederkehrende Pathogene vermitteln können, sodass es sich als Reservoir für ein immunologisches Gedächtnis qualifiziert. Neben langlebiger Antikörper-produzierender Plasmazellen bleiben auch Antigen (Ag)-spezifische CD8+ und CD4+ T-Gedächtniszellen dauerhaft im Knochenmark erhalten, auch wenn sie in den sekundären lymphoiden Organen (SLOs) und im Blut abwesend sind. Es wird angenommen, dass diese T-Gedächtniszellen bei erneutem Kontakt mit den gleichen systemischen Pathogenen schnell reagieren können. Allerdings sind die biologischen Mechanismen für ihre langfristige Aufrechterhaltung immer noch umstritten und demnach ungeklärt. Unklar ist auch, wie die T-Gedächtniszellen des Knochenmarks bei erneuter Konfrontation mit demselben Antigen reagieren. Hier wird dieser Frage begegnet, indem durch klassiche Immunisierung mit definieren Antigenen eine stabile Population Ag-spezifischer CD8+ und CD4+ T-Gedächtniszellen im Knochenmark erzeugt wird. / The bone marrow (BM) harbors critical components of the adaptive immune system being able to provide long-lasting protection against previously encountered pathogens, thus qualifying as a reservoir of immunological memory. In addition to long-lived antibody producing plasma cells, antigen (Ag)-specific CD8+ and CD4+ memory T lymphocytes are maintained long-term in the BM even when they are absent from secondary lymphoid organs (SLOs) and blood. Those memory T cells are thought to respond fast upon re-encounter of systemic pathogens. However, the biological mechanisms behind their long-term maintenance in the BM are still a matter of debate and thus remain unclear. Similarly, it is also unclear how the memory T cells of the BM react to antigenic re-challenge. Here we address these issues by generating a stable pool of Ag-specific CD8+ and CD4+ memory T lymphocytes in the BM by classical immunizations with defined antigens.