Das Ubiquitin Proteasom System generiert die Mehrheit der antigenen Peptide, die zusammen mit MHC Klasse I Molekülen präsentiert werden, wobei durch Kooperation mit alternativen proteolytischen Systemen die Vielfalt der möglichen MHC I Liganden erhöht wird. In diesem Zusammenhang, insbesondere im Rahmen einer Immunantwort, ist die Rolle von Aminopeptidasen bislang nur ungenügend charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit wurde der modulatorische Einfluss von zytosolischen und im ER lokalisierten Aminopeptidasen auf die Generierung des HCMV pp65495-503 Epitops durch Prozessierung von proteasomal generierten Peptidprodukten untersucht. Dafür wurde in pp65 exprimierenden Zellen die Expression einzelner Aminopeptidasen mittels siRNA inhibiert und der Effekt auf die Epitoppräsentation über die Aktivierung pp65495-503 spezifischer CTL bestimmt. Es zeigte sich, dass TPPII, LAP, AP-B und POP limitierend auf die Epitoppräsentation wirken. Damit wurden die Peptidasen AP-B und POP erstmalig in direkten Zusammenhang mit der MHC Klasse I Antigenprozessierung gebracht. Analysen weiterer zytosolischer Peptidasen wie TOP, BH und PSA zeigten keinen signifikanten Effekt auf die Epitoppräsentation, so dass diese Peptidasen an der zellulären Prozessierung des pp65 Antigens nicht beteiligt sind. Die Trimmaktivität von ERAPI und ERAPII im ER hingegen hatte einen bedeutenden Anteil an der pp65495-503 Epitopgenerierung. In Immunpräzipitationsexperimenten konnte zudem die Interaktion der ER Aminopeptidasen mit dem peptide-loading complex zum ersten Mal nachgewiesen werden. Die vorliegenden Daten geben Hinweise darauf, dass die Interaktion von ERAPI und ERAPII mit dem Komplex unabhängig von dessen vollständiger Assemblierung mit dem TAP Transporter stattfinden kann und vermutlich über Tapasin vermittelt wird. Da diese Assoziation durch IFNgamma induziert wird, könnte sie zu einer effizienteren Antigenprozessierung und -Präsentation, vor allem unter Infektionsbedingungen, beitragen. / The ubiquitin proteasome system is responsible for the generation of the majority of MHC class I presented antigenic peptides. By cooperation with alternative proteolytic systems the diversity of MHC class I ligands is increased. In this context, especially during immune response, the role of aminopeptidases is barely characterised. In this project the effect of cytosolic and ER-resident aminopeptidases on processing of proteasomal generated peptides was investigated with regard to HCMV pp65495-503 epitope generation. Therefore, expression level of single aminopeptidases was down regulated by siRNA in pp65 expressing cells and the effect of down regulation on epitope presentation was analysed by activation of pp65495-503 specific CTLs. It could be demonstrated that TPPII, LAP, AP-B and POP have negative effects on pp65 epitope presentation. With AP-B and POP two additional cytosolic aminopeptidases with a functional role in epitope processing were identified. Other aminopeptidases, that have been characterised as part of the antigen processing machinery, namely TOP, BH and PSA, did not affect pp65 epitope generation. In contrast, trimming by ERAPI and ERAPII in the ER resulted in an efficient epitope presentation. For the first time, experimental evidence was provided that the two ER-resident peptidases interact with the MHC class I peptide-loading complex (PLC). The obtained results indicate that this association takes place independently of the assembly of the entire complex including TAP and is probably mediated by tapasin. The observation that this complex formation is inducible by IFNgamma suggests that the association of ERAPI and ERAPII to the PLC accounts for a better antigen processing and presentation mainly at the site of infection.

Klassenwechsel (CSR, class switch recombination) bezeichnet eine B-Zellen spezifische, somatische Rekombination. Sie ersetzt den konstanten Abschnitt der immunoglobulin schweren Kette (Igh), wenn die Zelle auf ein Antikörper trifft oder durch in vitro Aktivierung. Dadurch wechseln B-Zellen die exprimierten IgM Antikörpermoleküle zu anderen Isotypen (IgG, IgE oder IgA), welche die selbe Antikörperaffinität besitzen, aber eine andere Effektorfunktion. Dieser Vorgang ist elementar im Aufbau einer effektiven Immunantwort, da Defekte bei der CSR zu erhöhten IgM-Leveln führen und primären Anitkörperdefizit. Diese wurden bereits mit Autoimmunität, Autoinflamations-Syndrome und erhöhte Anfälligkeit für Infektionen und Krebs in Verbindung gebracht. CSR ist ein komplexer, physiologischer, vielgliedriger Prozess, welcher die Bildung und Reparatur von Doppelstrangbrüchen durch verschiedene molekulare Mechanismen leitet und welcher noch nicht vollständig verstanden ist. Das Ziel dieser Studie war daher die Identifikation neuer CSR-Faktoren und die Charakterisierung ihrer Rolle(n) innerhalb dieser Reaktion. Dafür wurde eine CH12-Lymphoma B-Zelllinie mit einem robusten Funktionsverlust der CSR erstellt. Diese wurden in vitro aktiviert um Antikörperisotypdifferenzierung zu IgA mit hoher Effizienz vorzunehmen. Ein Ergebnis dieser Arbeit ist die Identifikation von ZMYND8 als Notwendig für den CSR. Dieser Faktor bindet und reguliert die Transkription der regulatorischen 3´ Region, welcher ein super-enhancer am 3´ Ende der Igh Region ist, und die Antikörperisotypdifferenzierung reguliert. Davon unabhängig wurde PDAP1 als neuer Faktor für effiziente CSR identifiziert. Abschließend tragen die Ergebnisse dieser Arbeit zum weiteren Verständniss der Regulierung der Antikörperisotypdifferenzierung sowie der Aktivität von B-Zellen während der Immunantwort. / Class Switch Recombination (CSR) is a B-cell specific somatic recombination reaction that replaces the constant region of the immunoglobulin heavy chain (Igh) locus upon antigen encountering or in vitro cell activation. As a consequence, B cells switch from expressing IgM antibody molecules to another isotype (IgG, IgE or IgA), which harbor the same antigen affinity but different effector function. This process is essential for the establishment of an effective immune response since defects in CSR lead to increased serum IgM levels and primary antibody deficiencies, which are associated with autoimmunity, auto-inflammatory syndromes, increased sensitivity to infections and cancer. CSR is a complex physiological multistep process that involves the formation and repair of double strand breaks through different molecular mechanisms that have not been fully elucidated yet. Therefore, the aim of this study was to identify novel CSR factors, and characterize their role(s) in the reaction. To do so, a robust functional loss of CSR screen was set-up and performed in the CH12 lymphoma B cell line. These cells can be activated in vitro to undergo antibody isotype differentiation to IgA with high efficiency. As a result of this screen, the chromatin reader ZMYND8 was found to be required for CSR. Specifically, this factor binds and modulates the transcriptional activity of the 3’ regulatory region, which is a super-enhancer located at the 3’ end of the Igh locus that controls antibody isotype differentiation. Furthermore, PDAP1 was independently identified as a novel factor necessary for efficient CSR. Conclusively, the results of this thesis contributed to further understand the processes regulating antibody isotype differentiation and B cell activity during an immune response.

Der Einzeller Eimeria tenella zählt zu den hochpathogenen Parasiten des Haushuhns und ist Verursacher der Blinddarm-Kokzidiose, eine Erkrankung, die zu hohen ökonomischen Belastungen in der Geflügelindustrie führt. Zur Zeit existiert noch kein Impfstoff, der auf Basis von einzelnen Antigenen wirksam ist. Insbesondere die Identifizierung und Charakterisierung von sekretorischen Proteinen, welche an der Parasit-Wirtszell-Interaktion beteiligt sind, könnte einen Beitrag zur Entwicklung einer Immunprophylaxe darstellen. Ziel dieser Arbeit war es, sekretorische E. tenella-Proteine zu identifizieren und ausgewählte cDNA-Sequenzen in DNA-Immunisierungsstudien zu überprüfen. Um ein DNA-Immunisierungsprotokoll für Hühner zu erarbeiten, wurden die cDNAs von drei schon bekannten E. tenella-Antigenen alleine oder in Fusion zur cDNA des stabilisierenden enhanced green fluorescence protein (EGFP) in zwei unterschiedliche DNA-Immunisierungsvektoren (pCDNA3, pVR1012) kloniert. Die Überprüfung der Serokonversion zeigte, dass nach DNA-Immunisierung von Hühnern mit beiden Vektoren bzw. mit und ohne EGFP-Fusion vergleichbare Immunantworten induziert wurden. D.h. mit dem etablierten DNA-Immunisierungsprotokoll konnte eine Expression heterologer (Eimerien) Gene im Huhn erzielt werden. Um neue sekretorische E. tenella-Proteine zu identifizieren wurden bioinformatische und experimentelle Methoden eingesetzt. Über die bioinformatischen Analysen wurden aus E. tenella-expressed sequence tag (EST)-Datenbanken 54 putativ sekretierte E. tenella-Sequenzen extrahiert für die aufgrund ihrer beschriebenen Funktion und Lokalisierung eine Beteiligung an der Wirts-Parasit-Interaktion abgeleitet wurde. Mittels funktioneller Komplementierung in Hefen konnten aus einer E. tenella-Sporozoiten-cDNA-Bank 25 sekretorische Sequenzen identifiziert werden. Die cDNA-Sequenzen von 13 neu identifizierten sekretorischen Proteinen wurden in DNA-Immunisierungsstudien überprüft. Die Ergebnisse zeigten, dass beide Methoden geeignet sind, um sekretorische Proteine von E. tenella zu identifizieren. Aufgrund der Erkenntnisse dieser Arbeit, sollten jedoch weitere verbesserte Immunisierungsprotokolle erarbeitet werden, um die immunprotektive Wirkung der isolierten Kandidaten-Antigene von E. tenella in Hühnern zu überprüfen. Wie die vorliegende Arbeit bestätigt, eignet sich die Methode der DNA-Immunisierung vermutlich als Grundlage solcher Verfahren, wobei zukünftig die Induktion der essentiellen intestinalen Immunantwort im Vordergrund stehen sollte. / The protozoan parasite Eimeria tenella is highly pathogenic in chickens and causes caecal coccidosis that contribute to high economic losses in poultry farming. At the moment no vaccine based on a single antigen is available. The identification and characterization of proteins that are involved in host parasite interaction could particularly contribute to the development of immunoprophylactic control strategies. In order to establish a DNA immunisation protocol, cDNA of three already known E. tenella antigens were subcloned alone or in fusion to the stabilising fusion partner enhanced green flurescence protein (EGFP) into two different DNA immunisation vectors (pCDNA3, pVR1012). Following DNA immunisation of chickens using both vectors with or without EGFP fusion, respectively, the induction of comparable immune responses were shown by serum conversion. This implies it was possible to achieve heterologous (Eimeria) gene expression in chickens with the established immunisation protocol. In order to identify new E. tenella secretory proteins bioinformatic and experimental approaches were used. Following bioinformatic analysis 54 putatively secretory E. tenella sequences were identified for which roles in host parasite interaction were surmised, due to their localisation and function. The identification of secreted proteins from a E. tenella sporozoite cDNA library using a functional complementation assay in yeast resulted in 25 unique sequences. The cDNA of 13 newly identified secretory proteins were tested in DNA immunisation studies. The results showed that both methods are capable of identifying secretory proteins of E. tenella. Owing to the results presented here, new immunisation protocols should be established to test the immune protective capacity of candidate antigens of E. tenella in chickens. The present study confirmed the method of DNA immunisation as a basic tool for such new protocols. In future, however, DNA immunisation protocols should focus on the induction of essential intestinal immune responses.

Neutralisierende Antikörper sind entscheidend in der Eindämmung der Virusinfektion, indem sie den Eintritt in die Wirtszelle hemmen bzw. die Aktivierung der Komplementkaskade initiieren. Distinkte wirtseigene Oberflächenrezeptoren für die Fc-Domäne von IgG (FcyR) sind für die Kommunikation von humoraler und zellulärer Immunantwort verantwortlich. Auch Mitglieder der Herpesviren kodieren für Fc-bindende Proteine, die Kandidaten für immunevasive Funktionen darstellen könnten. Der Nachweis der HCMV-kodierten Fc-bindenden Proteine gp34 und gp68 als Bestandteil der Virushülle lies auf eine immunevasive Funktion hinsichtlich neutralisierendem IgG und Komplement-vermittelter Virolyse schließen, wie für den HSV-1-kodierten FcyR gE beschrieben. Weder für gp34 noch für gp68 konnte in vitro ein hemmender Effekt auf Neutralisation und Virolyse beobachtet werden. In unserem Labor wurde jedoch gezeigt, dass gp34 und gp68 selektiv die IgG-abhängige Aktivierung zellulärer FcyR inhibieren. Die glykosylierungsunabhängige Ligandenbindung von gp34 und gp68 wies auf unterschiedliche Interaktionsmechanismen zwischen den zellulären und den viralen FcyR hin. Mithilfe eines mutierten Fc-Fragments konnte für gp68 eindeutig eine mit HSV-1 gE überlappende Bindestelle an IgG identifiziert werden. Die für die Ligandenbindung erforderlichen Aminosäuren 71-292 von gp68 binden Fc in einer 2:1 Stöchiometrie, wobei die N-, nicht aber die O-Glykosylierung des vFcyRs essentiell sind. Darüber hinaus formt gp34 auf infizierten Zellen und auf der Virushülle kovalente Homooligomere. gp34-Cysteinpunktmutanten auf Basis der für die Bindung notwendigen Aminosäuren 24-140 lassen vermuten, dass die Oligomerisierung Voraussetzung für die Fc-Bindung ist. Im Gegensatz zu gp68 scheint der Mechanismus der Fc-Bindung von gp34 einzigartig unter den bekannten Fcy-Rezeptoren zu sein. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass trotz redundanter Expression der HCMV-FcyR der Bindungs- und Wirkungsmechanismus selektiv ist. / Neutralizing IgGs play a key role in diminishing virus infectivity by inhibiting the entry into host cells. Additionally, IgG-bound particles may be inactivated by virolysis through the activation of complement. Surface receptors specific for the Fc domain of IgG represent host proteins, connecting humoral and cellular immune responses. Also members of the herpes virus family code for proteins with Fc binding properties, implying functions that could intervene with antibody-dependent effector mechanisms. The presence of gp34 and gp68 on the virion membrane raised the question whether they are able to inhibit neutralising IgG and complement-mediated virolysis. The HSV-1-encoded FcyR gE was described to affect neutralisation and virolysis. Despite extensive analysis, there were no implications found that gp34 or gp68 interfere with neutralising IgG or virolysis in vitro. However, our lab could demonstrate that gp34 and gp68 selectively inhibit the IgG-dependent activation of the different host FcyRs. In contrast to the cFcyRs Fc recognition by gp34 and gp68 occurs independently of N-linked glycosylation of IgG, which points to a different binding mechanism among host and viral FcyRs. By taking advantage of a mutated Fc fragment, overlapping binding regions of the HSV-1 gE and gp68 were identified. For gp68 the amino acids 71-292 including the N-glycans are strictly required for Fc binding in a 2:1 stoichiometry. Interestingly, gp34 forms covalently linked homo-oligomers in infected cells and on the virion. Based on the minimal binding domain comprising the amino acids 24-140 of gp34, targeted cysteine exchange mutants revealed that oligomer formation by gp34 is absolutely required for Fc binding. In contrast to gp68, the Fc binding characteristics of gp34 appears to be unique among the known FcyRs. These findings allow us to postulate that even if the HCMV-encoded FcyRs are redundantly expressed the mechanistic details and binding properties are selective.

Die Modifizierung von Proteinsequenzen unter anderem durch den Austausch von Aminosäuren ist ein zentraler Aspekt in evolutionären Prozessen. Solche Prozesse ereignen sich nicht nur innerhalb großer Zeiträume und resultieren in der Vielfalt des Lebens, das uns umgibt, sondern sind auch täglich beobachtbar. Diese mikroevolutionären Prozesse bilden eine Grundlage zur Immunabwehr höherer Wirbeltiere und werden durch das humorale Immunsystem organisiert. Im Zuge einer Immunantwort werden Antikörper wiederholt der Diversifizierung durch somatische Hypermutation unterworfen. Ziele dieser Arbeit waren, neue Kenntnisse über die Mikroevolution von Antikörpern während der Immunantwort zu gewinnen und die Beziehung zwischen Aminosäureaustauschen und Affinitätsänderungen zu verstehen. Zu diesem Zweck wurde zunächst gezeigt, dass die SPOT Synthese eine präzise Methode ist, um Signalintensitäten drei verschiedenen Bindungsaffinitätsklassen zuzuordnen. Antikörper-Peptid Bindungsdaten, die aus SPOT Synthese Experimenten generiert wurden, bildeten die Grundlage zur Konstruktion der Substitutionsmatrix AFFI - der ersten Substitutionsmatrix, die ausschließlich auf Bindungsaffinitätsdaten beruht. Diese bildete die Grundlage für die Gewinnung eines reduzierten Aminosäuresatzes. Durch einen theoretischen Ansatz konnte gezeigt werden, dass der reduzierte Aminosäuresatz eine optimale Basis für die Epitopsuche darstellt. Für den Prozess der somatischen Hypermutation und Selektion wurde ein neuer Ansatz präsentiert, um für die Affinitätsreifung relevante Mutationen zu identifizieren. Die Analyse zeigte, dass das Spektrum der selektierten Mutationen viel umfangreicher ist als bisher angenommen wurde. Die Tatsache, dass auch einige stille Mutationen stark bevorzugt werden, deutet darauf hin, dass entweder die intrinsische Mutabilität stark unterschätzt wurde oder, dass Selektion nicht nur auf Affinitätsreifung von Antikörpern basiert sondern auch auf ihrer Expressionsrate. / A central task of the evolutionary process is the alteration of amino acid sequences, such as the substitution of one amino acid by another. Not only do these amino acid changes occur gradually over large time scales and result in the variety of life surrounding us, but they also happen daily within an organism. Such alterations take place rapidly for the purposes of defense, which in higher vertebrates, is managed by the humoral immune system. For an effective immune response, antibodies are subjected to a micro-evolutionary process that includes multiple rounds of diversification by somatic hypermutation resulting in increased binding affinity to a particular pathogen. The goal of this work was to provide insights into the microevolution of antibodies during the immune response, including the relationship between amino acid substitutions and binding affinity changes. A preliminary step in this work was to determine the accuracy of the SPOT synthesis technique, which could be shown to be an accurate method for assigning measured signal intensities to three different binding affinity classes. A substitution matrix based on data produced with these binding experiments was constructed and named AFFI. AFFI is the first substitution matrix that is based solely on binding affinity. A theoretical approach has additionally revealed that an AFFI-derived reduced set of amino acids constitutes an optimal basis for epitope searching. For the process of somatic hypermutation and selection, a novel approach to identify mutations relevant to affinity maturation was presented. The analysis revealed that the spectrum of mutations favored by the selection process is much broader than previously thought. The fact that particular silent mutations are strongly favored indicates either that intrinsic mutability has been grossly underestimated, or that selection acts not only on antibody affinity but also on their expression rates.

Therapeutische Erfolge von IVIG sind gut dokumentiert, aber die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen sind noch nicht vollständig erforscht. Molekulare Analysen unseres Labors über die Interaktion von IVIG mit Fabs von Patienten, die an einer autoimmunen Thrombozytopenie (ITP) leiden zeigten, dass die am häufigsten selektierten Fab von den V3-23 und V3-30 VH-Keimbahngenen abstammten. Eine weitere Studie mit IgG und IgM Phagen-Display Bibliotheken von einem gesunden Spender zeigten ebenfalls eine bevorzugte Reaktivierung von IVIG mit Fabs vom Ursprung der V3-23 und V3-30 Gene. Es konnte gefolgert werden, dass diese Interaktion von IVIG mit Fabs von diesen zwei VH-Genen weder alleine auf den Gesundheitsstatus des Spenders zurückzuführen war, noch auf eine zuvor erfolgte Behandlung mit IVIG. Diese Dissertation wurde unter Verwendung der Phagen-Display Technologie unternommen, um die molekulare Interaktion von IVIG mit Antikörpern zu erforschen, die von einem Patienten kloniert wurden, der an einem systemischen Lupus erythematodes und rheumatischem Fieber leidet. Die Resultate waren mit den früheren Studien zu vergleichen, insbesondere mit den Daten eines Patienten, der zu der ITP einen Lupus entwickelte. 23 Fabs, welche 7 unabhängige Klone repräsentierten, wurden isoliert. Im Gegensatz zu von Patienten mit ITP abstammenden Klonen reagierte keines von den in dieser Studie selektierten Fabs mit Thrombozyten. Die über IVIG gebundene Fab-Phagen stammten hierbei ausschließlich von den V3-23 und V3-30 VH-Genen ab. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass von diesen Fabs verschiedene CDR3 Regionen einschließlich verschiedenen D- und JH-Gensegmenten benutzt wurden. Die Ergebnisse zeigten weiterhing, dass die Bindung von IVIG an die Fabs unabhängig von der Leichten Kette war. Ihrem Keimbahngen-Ursprung entsprechend hatten die Fabs Aminosäuren an Positionen in den FR1, FR3 und im 3'-Ende von CDR2, die dafür bekannt sind, dass sie für die Bindung des B-Zell-Superantigens Staphylococcus Protein A (SpA) essentiell sind. Es wurde gezeigt, dass sich zwar einige von den Fabs stark an SpA banden, aber keine Korrelation in der Intensität zur Bindung mit IVIG vorlag. Einige Fabs zeigten eine schwache Bindung an HIV gp120, einem anderen B-Zell-Superantigen. Zusammenfassend lässt sich aus der vorliegenden Studie und den vorherigen Ergebnissen schließen, dass ein Anteil von IVIG wie ein B-Zellen Superantigen funktionieren könnte, das für die Bildung und Regulation des normalen B-Zellen Repertoires wichtig ist. Der Bindungsmechanismus scheint ähnlich, aber nicht identisch mit dem der anderen getesteten B-Zellen-Superantigene zu sein. / The beneficial therapeutic effects of IVIG are well documented, but the underlying molecular mechanisms are not fully understood. Recent investigations from our laboratory into the molecular analysis of Fabs bound by IVIG from patients suffering from autoimmune thrombocytopenia revealed that the most frequently selected Fabs originated from the V3-23 and V3-30 VH germline genes. A subsequent study with IgG and IgM phage display libraries from a healthy donor also demonstrated a preferential reactivity of IVIG to Fabs of V3-23 and V3-30 origin. That study revealed that the unique reactivity of IVIG to Fabs of these two VH gene loci was not restricted to the autoimmune nature of the donors, neither to previous treatment with IVIG. One of the thrombocytopenia patients developed lupus. This study was undertaken to study the molecular interaction of IVIG with antibodies selected from a patient suffering from systemic lupus erythematosus and rheumatic fever using phage display technology, and to compare the results with the previous studies. Twenty-three Fabs representing seven independent clones were isolated. In contrast to ITP-derived clones, none of the Fabs selected in this study reacted with platelets. The Fab phages bound by IVIG were sequenced in order to determine their VH gene usage and clonal relatedness. V3-23 and V3-30 VH genes were found to be exclusively utilized by the Fab phages bound by IVIG. Moreover, different CDR3 regions including different D and JH gene segments were observed to be used by these Fabs. The results further showed that the binding of IVIG to the Fabs was independent of the light chain since different light chains were observed to be associated with the VH3 immunoglobulins. Detailed sequence analysis of the Fabs revealed the presence of amino acid residues at positions within FR1, FR3, and the 3' end of CDR2 that are known to be contacted by the B cell superantigen Staphylococcus protein A (SpA). Some of the Fabs were shown to bind strongly to SpA, but there was no correlation with the binding-intensity to IVIG. Some bound very weakly to HIV gp120, another B cell superantigen. This study, together with previous results, suggests that a subset of IVIG may function as a B cell superantigen that may significantly shape the B cell repertoire. The binding mechanism appears to be similar but not identical to the other tested B cell superantigens.

Um die Wirkung herpesviral-kodierter FcgammaRezeptoren auf wirtskodierte zelluläre FcgammaRezeptoren und IgG-vermittelten Effektorfunktionen untersuchen zu können, einen methodisch neuen Ansatz wurde entwickelt, der die Detektion FcgammaR-aktivierender Antikörper ermöglicht. Dieses neuartige Assay beinhaltet die Kokultivierung virusinfizierter Zellen, die mit virusspezifischen IgG-Antikörpern opsoniert sind, mit FcgammaR-zeta BW5147-Transfektanten als Reporterzellen. Diese stabilen Transfektanten exprimieren chimäre Rezeptoren, die aus der extrazellulären Domäne der zellulären FcgammaRezeptoren bestehen, welche mit der TM und intrazellulären Domäne der murinen CD3zeta-Kette fusioniert wurden. Die Aktivierung der CD3zeta-Kette führt zu einer IgG-dosisabhängigen mIL-2 Sekretion, die im ELISA gemessen werden kann. Die FcgammaR-spezifische immune IgG könnte eine wichtige biologische Rolle in der antiviralen Immunabwehr spielen. Herpesviren exprimieren auf der Oberfläche infizierter Zellen viral-kodierte Fc-bindende Glykoproteine. Um zu bestimmen, ob virale FcgammaRezeptoren die IgG-abhängige Aktivierung von wirtskodierten FcgammaRezeptoren beeinflussen können, wurde das oben beschriebene Assay angewandt. Es wurde festgestellt, dass der HCMV-kodierte FcgammaR gp68 die Aktivierung und die nachfolgende Signalkaskade von CD16>CD32=CD64 inhibiert, während der HCMV-kodierte FcgammaR gp34 die Aktivierung von CD16>CD64>CD32 inhibiert. In klarem Kontrast dazu wirkt der HSV-kodierte FcgammaR gE, der CD16 Aktivierung vermindert, CD32 hingegen nur sehr schwach und CD64 gar nicht beeinflußt. Der MCMV-kodierte FcgammaR m138/fcr-1 vermindert die Aktivierung des murinenCD16. Zusammenfassend betrachtet zeigen die ermittelten Daten, dass es sich bei den herpesviral-kodierten FcgammaRezeptoren um hierarchische und redundante Antagonisten der wirtskodierten zellulären FcgammaRezeptoren handelt. Herpesviral-kodierte FcgammaRezeptoren wirken somit der Aktivierung des Immunsystems entgegen. / To study the possible interference of the herpesviral vFcgammaRs with the host FcgammaRs and IgG-mediated effector functions, a new methodological approach to detect FcgammaR activating antibodies was developed. The novel assay comprises the co-cultivation of virus infected cells upon opsonization with immune IgG antibodies and the stably transfected FcgammaR-zeta BW5147 transfectants as responder cells. The transfectants express chimeric receptors bearing the extracellular domain of the host FcgammaRs fused to the transmembrane and tail domains of the murine CD3zeta chain. Triggering the CD3zeta chain is sufficient to elicit IL-2 secretion in a dose dependent manner which is measured in an ELISA. The setup of the new assay provides a defined effector cell population bearing one Fcgamma receptor on the surface, which becomes activated in the presence of immune IgG antibodies bound to the native viral antigens displayed on the surface of infected cells. The assay system allows us to detect and quantify Fc gamma receptor-activating immune IgG in an FcgammaR-specific way, which is thought to have an important biological function in antiviral defense. Several alpha- and beta- herpesviruses express on the surface of infected cells virally encoded Fc binding glycoproteins. The assay described above was applied to determine if the viral FcgammaRs are able to impair IgG-mediated activation of host FcgammaRs. In a systematic approach, the effect on each host FcgammaR by each of the herpesviral FcgammaR was investigated. It was found that HCMV FcgammaR gp68 affects activation and downstream signaling of CD16 > CD32 = CD64, while gp34 attenuates CD16 > CD64 > CD32. In clear contrast, HSV gE impairs CD16 activation and weakly CD32, but has no effect on CD64. Furthemore, MCMV m138/fcr-1 diminishes activation of mouse CD16. Taken together, this data uncover herpesviral FcgammaRs as hierarchical and redundant antagonists precluding host FcgammaRs from triggering immune responses.

Das grundlegende Problem in der Transplantationsimmunologie ist es, die Langzeitakzeptanz eines fremden (allogen) Organs zu erreichen, ohne die sonstige Immunkompetenz des Empfängers zu beeinträchtigen. Die Induktion einer solchen spenderspezifischen Toleranz würde eine Alternative zum Langzeiteinsatz von Immunsuppressiva darstellen. Deswegen versucht man, während der Transplantation die Aktivierung der für die Abstoßung entscheidenden T-Helferzellen zu unterdrücken, bis eine Akzeptanz des Spenderorgans etabliert ist. Wichtig für eine Aktivierung der T-Zellen ist das für alle T-Helferzellen typische Zelloberflächenmolekül CD4. Antikörper gegen CD4 können in Tiermodellen eine Transplantattoleranz induzieren. Ein besonderes Interesse gilt der Charakterisierung der genauen Mechanismen dieser induzierten Transplantatakzeptanz, da diese noch wenig verstanden sind. Der von uns verwendete nicht-depletierende Maus-anti-Ratten-CD4mAk (RIB5/2) besitzt im allogenen Nierentransplantationsmodell der Ratte eine hohe toleranzinduzierende Wirkung und erzielt eine permanente Transplantatakzeptanz bei >80% der Empfängertiere. In dieser Arbeit wurde versucht, die Effekte dieses monoklonalen Antikörpers auf die T-Zellaktivierung näher zu untersuchen. Ausdruck der blockierten T-Zellaktivierung ist eine verminderte T-Zell-Proliferation und die Reduzierung der Synthese von TH-1-Effektorzytokinen, welche eine zelluläre Immunantwort fördern. Zu diesen für die Abstoßung gefährlichen Th-1-Effektorzytokinen gehören Interleukin 2 (=IL-2, Hauptwachstumsfaktor aktivierter T-Zellen) und Interferon gamma (=IFNgamma, wichtiger Aktivator von APC''s). Während die IL-2 Produktion vollständig verhindert wird, ist die Alloantigen-induzierte IFNgamma mRNA Expression nicht reduziert. Allerdings kommt es unter dem Einfluss des Antikörpers nicht zur IFNgamma Proteinsekretion. Wird jedoch das fehlende IL-2 ersetzt, kann sowohl die defekte Proliferation als auch die posttranskriptionelle Blockade der IFNgamma Produktion wieder aufgehoben werden. Das spiegelt sich auch in vivo wieder, da rekombinantes IL-2 auch hier den Toleranzstatus brechen kann. In dieser Arbeit konnte ein Kandidat dieser IFNgamma Translationskontrolle ermittelt werden. Zusätzlich wurde das Kochaperon p23, Teil eines Hsp90-Komplexes, in unsere Untersuchungen miteinbezogen, da es als ein differentiell reguliertes Gen in allogenen und anti-CD4mAk-behandelten T-Zellen identifiziert wurde. Hsp90 stabilisiert z.B. Kinasen, die wichtige Mediatoren der Signaltransduktion sind. p23 könnte aufgrund seiner Funktion als Kofaktor von Hsp90 an der Regulierung dieser Kinasen beteiligt sein, ist jedoch bisher kaum im Zusammenhang mit T-Zellaktivierung analysiert worden. Meine Untersuchungen ergaben, dass die p23 Expression ebenfalls durch den anti-CD4mAk reduziert wird. Da die Proliferation/p23 und die IFNgamma Synthese IL-2-abhängig reguliert werden, wurden IL-2-induzierte Signalwege auf ihre Relevanz für Proliferation und IFNgamma Regulation hin untersucht. Die Aufklärung der molekularen Mechanismen der anti-CD4mAk-Behandlung auf die T-Zellaktivierung soll mit dazu beitragen, Grundlagen für ein besseres Verständnis des Abstoßungsprozesses und damit Transplantatfunktions-Monitoring zu schaffen. / The major problem in transplantation immunology is the development of long-term donor-specific nonresponsiveness without reduction of the normal recipient immunocompetence. A tolerant state would obviate the need for continuing immunosuppressive therapy. One level of immunosuppression for inducing graft acceptance involves antibodies specific for T-cells of the recipient leading to donorspecific tolerance (e.g. by using of anti-CD4 monoclonal antibodies = aCD4mAb). CD4+ T cells play a predominant role in the cascade of immune processes following transplantation of foreign tissues. The anti-rat CD4 mAb RIB5/2 is very potent in inducing allo-specific tolerance to renal and heart allografts in rat recipients. Here I investigated the molecular mechanisms underlying anti-CD4 antibody mediated inhibition of allo-specific T cell activation and how this is antagonised by exogenous IL-2. IL-2 acts as growth factor for antigen-activated T cells by inducing the expression of cell cycle proteins and also enhances the expression of cytokines, e.g. IFNgamma in T cells. IFNgamma profoundly affects a variety of immune responses, including activation of antigen presenting cells. Anti-CD4 treatment, in vivo and in vitro, completely abrogated IL-2 production by alloreactive T cells. In contrast, anti-CD4 treated allo-activated T cells showed similar IFNgamma mRNA expression as untreated allo-activated T cells, but did not secrete any protein. Thus, the anti-CD4 antibody cannot prevent IFNgamma mRNA expression but is interfering with posttranscriptional mechanisms controlling IFNgamma production during allo-activation of T cells. The investigations revealed a candidate of these IFNgamma translation control. Additionally I investigated the heat shock protein 90 (Hsp90)-associated cochaperone p23. p23 upregulation during T cell activation is also abrogated by anti-CD4 treatment. Hsp90 chaperoning is critical for proper folding, stabilization and trafficking of a number of cellular signaling proteins as e.g. kinases. Hsp90-kinase complexes play an important role in T-cell signal transduction and little is known about the importance or even regulation of Hsp90-cochaperones like p23 during T-cell activation. I analysed the regulation of p23 and downstream effects on different kinases involved in T-cell signaling. These findings are supposed to contribute to a better understanding of the mechanisms underlying tolerance induction.

Der adoptive Transfer von T-Zell-Rezeptor (TZR) modifizierten T-Zellen gegen krebsspezifische Antigene ist ein vielversprechender Ansatz in der Immuntherapie. Geeignete Zielmoleküle für diese Therapie sollten wichtig für das Überleben von Krebszellen sein und zudem in ausreichenden Mengen auf der Zelloberfläche exprimiert werden, um von T-Zellen erkannt zu werden. Die Identifizierung dieser Zielmoleküle ist jedoch eine Herausforderung und erfordert eine intensive Charakterisierung, um eine ausreichende Prozessierung und Präsentation auf den Tumorzellen zu validieren. Ziel dieser Arbeit war, HLA-A2-spezifische Neoepitope als Zielmoleküle für adoptive T-Zell-Therapie zu validieren. Dafür wurden erfolgreich Immunantworten in einem humanen transgenen Mausmodell nach Peptidimmunisierung induziert und TZRs mit hoher Affinität isoliert. Trotz einer hohen funktionellen Avidität von H3.3K27M-spezifischen T-Zellen wurde keine Erkennung von Tumorzellen erreicht. Zweitens wurden TZR-transduzierte T-Zellen gegen die häufige Melanommutation Rac1P29S isoliert, welche zytotoxisch gegen Melanomzelllinien waren. Letztlich wurde beobachtetet, dass TZRs mit hoher Affinität gegen gespleißte Kras und Rac2 Epitope, welche durch Proteasom-katalysiertes Peptidspleißen erzeugt wurden, keine Immunantwort gegen endogen exprimierte Mutationen hervorrufen konnten. Daraus lässt sich schließen, dass gespleißte Epitope wahrscheinlich seltener vorkommen als zuvor angenommen und daher möglicherweise irrelevant für die adoptive T-Zelltherapie sind. Diese Daten deuten darauf hin, dass die Auswahl von Zielmolekülen für die adoptive T-Zell-Therapie mit Hilfe reverser Immunologie auf der Grundlage von Bindungsalgorithmen und der Häufigkeit von Mutationen allein nicht ausreicht. Daher sind vor der Isolierung und Charakterisierung von TZRs zusätzliche Strategien wie z.B. die Analyse des MHC-Immunopeptidoms erforderlich, um die Auswahl geeigneter Zielmoleküle für die T-Zelltherapie zu verbessern. / Adoptive transfer of T cell receptor (TCR)-engineered T cells against tumour-specific neoantigens is a promising approach in cancer immunotherapy. Ideally, targeted antigens are crucial for cancer cell survival and are generated in sufficient amounts to be recognised by T cells. However, the identification of ideal targets remains challenging and requires intensive characterisation to validate sufficient antigen processing and presentation by the tumour cells. This thesis focused on the validation of HLA-A2 binding neoepitopes carrying the recurrent cancer mutations H3.3K27M, Rac1P29S, Rac2P29L or KrasG12V as targets for adoptive T cell therapy. After peptide immunisation, immune responses in a human transgenic mouse model were elicited and high-affinity TCRs successfully isolated. Although H3.3K27M-specific T cells showed high functional avidity, no recognition of cells endogenously expressing mutant H3.3 was achieved. Furthermore, a mechanism to target the common melanoma mutation Rac1P29S with a TCR raised against a heterologous mutation with higher peptide-MHC affinity was described. TCR-transduced T cells induced cytotoxicity against Rac1P29S expressing melanoma cell lines. Lastly, high-affinity TCRs specific for mutant Kras and Rac2 spliced epitopes generated by proteasome-catalysed peptide splicing were successfully isolated, however, TCR-transduced T cells did not induce an immune response against endogenously expressed mutant transgenes. The results indicate that spliced epitopes are probably less abundant than previously estimated and therefore may play a minor role in the generation of targets for adoptive T cell therapy. These data suggest that target selection using a reverse immunology approach based on binding algorithms and frequency of mutations alone is not sufficient. Thus, additional strategies to improve the selection of suitable targets such as the analysis of the MHC immunopeptidome are required prior to TCR isolation and characterisation.

Das Schicksal aktivierter T-Zellen wird durch eine Vielzahl NF-kappaB regulierter Ziel-Gene bestimmt, wobei aktivierende und deaktivierende Signale für die Ausbalancierung einer adäquaten T-Zell Antwort benötigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die negativ-regulatorische Modulierung des Carma1-Bcl10-Malt1 (CBM)-Proteinkomplexes für die Steuerung der NF-kappaB Aktivität in T-Zellen von großer Bedeutung ist. Überraschenderweise ist die Bildung des CBM-Komplexes abhängig von IKKbeta, einer Kinase, die zuvor ausschließlich mit CBM-nachgelagerten Effektorfunktionen in Verbindung gebracht wurde. IKKbeta übernimmt eine duale Funktion bei der Regulation des CBM-Komplexes: Obwohl IKKbeta zunächst für die Bildung des CBM-Komplexes benötigt wird, führt die Phosphorylierung der CBM-Komplexkomponente Bcl10 durch IKKbeta bereits kurze Zeit nach Beginn der T-Zell Aktivierung zu einer Dämpfung der Signalübertragung. Biochemische Analysen zeigen, dass die Phosphorylierung von Bcl10 die Proteinaffinitäten innerhalb des CBM-Komplexes beeinflusst, wodurch es zu einer Umlagerung des Komplexes mit negativ-regulatorischem Effekt kommt. Weiterführende Experimente haben aufgedeckt, dass Bcl10 im Zuge anhaltender T-Zell Stimulation lysosomal degradiert wird. Die Degradation von Bcl10 führt zum Zerfall des CBM-Komplexes und unterbindet die weitere Signalübertragung trotz persistenter Stimulation. Die Tatsache, dass beide in dieser Arbeit identifizierten negativ-regulatorischen Mechanismen am CBM-Komplex angreifen, unterstreicht die Bedeutung dieses Komplexes für die Signalübertragung in T-Zellen. Weiterhin besteht aufgrund der präsentierten Daten Anlass zur Annahme, dass in aktivierten T-Zellen ein vielfältig positiv und negativ regulierter Multikomponentenkomplex gebildet wird, der eine nicht-hierarchische Signalübertragung unterstützt. / A multitude of NF-kappaB regulated target genes determines the fate of activated T cells, whereas activating and de-activating signals are crucial for balancing adequate T cell responses. The presented data illustrate that negative-regulatory modulation of the Carma1-Bcl10-Malt1 (CBM)-complex is of great importance for the control of NF-kappaB activity in T cells. Surprisingly IKKbeta, a kinase that so far was thought to be involved in CBM-downstream effector functions, is needed for CBM-complex formation. IKKbeta exhibits a dual function regulating the CBM-complex: while initially being essential for the formation of the CBM-complex, phosphorylation of the CBM-complex component Bcl10 by IKKbeta shortly after the onset of T cell activation leads to a damping of signal transduction. Biochemical analysis reveal that Bcl10 phosphorylation influences the intermolecular protein affinities of the CBM-complex components causing a remodeling of the complex with a negative-regulatory effect. Further experiments uncover that upon persistent T cell activation Bcl10 is degraded by the lysosome. Bcl10 degradation promotes the collapse of the CBM-complex and thereby interferes with ongoing signal transduction despite persistent stimulation. Considering the fact that both negative-regulatory processes affect CBM-complex activity underscores the important role of this complex in T cell signal transduction. Moreover, the presented data demonstrate that formation of a multi-component signaling complex in activated T cells facilitates versatile positive, negative and non-hierarchical regulation.