In der Arbeit wurde die Rolle von Bakterien für das Entstehen von Autoimmunität untersucht. Insbesondere wurde untersucht, inwieweit Bakterien entweder spezifisch (über "Kreuzreaktivität") oder antigenunabhängig (über "Bystander-Aktivierung") eine Aktivierung von autoreaktiven CD4+- T-Zellen induzieren können. Es konnte gezeigt werden, dass es bei dem untersuchten, MBP-spezifischen T-Zellrezeptor multiple, natürlich vorkommende, kreuzreaktive Peptide mikrobiellen Ursprungs gibt, die eine Aktivierung der T-Zellen hervorrufen und in vivo experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) induzieren können. Weiterhin wurde untersucht, inwieweit Lipopolysaccharid (LPS) als unspezifischer Aktivator des Immunsystems eine Aktivierung der autoreaktiven T-Zellen in vitro hervorrufen kann und inwieweit in vivo EAE durch LPS hervorgerufen werden kann. Es wurde gezeigt, dass LPS in vitro einen kleinen Anteil der CD4+ - T-Zellen aktiviert. Wurden den transgenen T+alpha- -Mäusen LPS appliziert, erkrankten diese an EAE. Somit gibt es sowohl in vitro als auch in vivo in den T+alpha- -Mäusen Hinweise für eine Relevanz von "Bystander-Aktivierung". Abschließend wurde diskutiert, inwieweit entweder "Kreuzreaktivität" oder "Bystander-Aktivierung" als Auslöser für Autoimmunität unter physiologischen Bedingungen in Frage kommt. Aufgrund der in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse wurde postuliert, dass keine der beiden Mechanismen alleiniger Auslöser sei, da es aufgrund der Häufigkeit von Infektionen, kreuzreaktiven Peptiden und des Vorkommens von autoreaktiven T-Zellen auch in gesunden Individuen ansonsten sehr viel häufiger zu Autoimmunität kommen müsste. Unter bestimmten Bedingungen könnte die Aktivierung von T-Zellen über Kreuzreaktivität oder über "Bystander-Aktivierung" Autoimmunität auslösen oder verstärken, wenn bereits andere Mechanismen des Immubnsystems, die Autoimmunität verhindern, versagt haben. / In this thesis the role of bacteria for the induction of autoimmunity was investigated. In detail, it was examined whether bacteria are able to activate autoreactive CD4+-T-cells antigen-specific ("cross-reactivity") or antigen-unspecific ("bystander-activation"). It was shown that the examined transgenic MBP-peptide specific T-cell-receptor recognized many natural occurring cross-reactive peptides of microbial origin, which induced an activation of the T-cells in vitro and which could induce autoimmune encephalomyelitis (EAE) in the T-cell-receptor transgenic mice in vivo. Furthermore, it was examined, whether lipopolysaccharide (LPS) as activator of the innate immune system could induce an unspecific activation of the autoreactive T-cells in vitro and whether administration of LPS in the transgenic mice could induce EAE in vivo. It was shown that LPS activates a small percentage of CD4+ - T-cells. Application of LPS to the transgenic T+alpha- mice induced EAE. Therefore, the role of bystander-activation was indicated in vitro and in vivo. Finally, it was discussed, whether either cross-reactivity or bystander-activation could be sufficient for inducing autoimmunity under physiologic conditions. Due to the results presented in this work, it is postulated that none of the both mechanisms could be inductor of autoimmunity alone. If one of these mechanisms was sufficient, autoimmunity in humans should be a frequent event, because infections and autoreactive T cells are both findings which occur in healthy humans very often. However, under certain conditions either cross-reactivity or bystander-activation could trigger or exacerbate autoimmunity, when other mechanisms which inhibit autoimmunity have failed.

Der systemische Lupus erythematodes (SLE) ist eine Autoimmunerkrankung, bei der eine Vielzahl an Organen betroffen sein kann. Hierbei spielen T-Zellen mit gestörter Zytokinproduktion, insbesondere von IL-2 und IFN-γ, eine besondere Rolle. Mit Fortschreiten der Krankheit sinkt die Anzahl an IL-2-Produzenten und gleichzeitig steigt die Anzahl an IFN-γ-Produzenten. Während die Rolle von IFN-γ in SLE bisher kontrovers diskutiert wird, wirkt sich die verringerte Produktion von IL-2 beispielsweise negativ auf regulatorische T-Zellen aus, was zur Pathogenese der Krankheit beiträgt. In dieser Arbeit erfolgte eine Charakterisierung der Zytokinproduzierenden CD4+ Gedächtnis-T-Zellen in erkrankten NZBxW Mäusen, einem Modell für SLE. Anhand der Produktion von IL-2 und/oder IFN-γ wurde dabei in DN (IFN-γ—IL-2— doppelt negative), IL-2 SP (IFN-γ—IL-2+ einzelpositive), DP (IFN-γ+IL-2+ doppelt positive) und IFN-γ SP (IFN-γ+IL-2— einzelpositive) Zellen unterschieden. Ein mehrstufiges Verfahren der Zellsortierung ermöglichte die Isolierung der vier Zellpopulationen. Genexpressionsanalysen legten offen, dass die während der Krankheit vermehrt vorkommende Population der IFN-γ SP Zellen im Vergleich zu DP Zellen deutliche Unterschiede in ihrem Genexpressionsmuster aufweist. IFN-γ SP Zellen exprimieren u.a. verstärkt Chemokinrezeptoren, co-stimulatorische und co-inhibitorische Moleküle, sowie Apoptose-Marker und zeigen eine verminderte Produktion von Effektorzytokinen. Weiterführende funktionelle Analysen untermauerten die Expressionsdaten und zeigten eine verminderte Proliferationsfähigkeit und verstärkte Apoptose der IFN-γ SP Zellen. Die Daten zeigen, dass der Phänotyp der IFN-γ SP Zellen in erkrankten NZBxW Lupus-Mäusen gestört ist, wodurch die IFN-γ SP Zellen zur Erkrankung beitragen könnten. / Systemic lupus erythematosus (SLE) is an autoimmune disease, which can affect almost every organ system of the body. Thereby altered cytokine production by T cells plays an important role in the pathogenesis of the disease. With disease progression, production of IL-2 decreases and production of IFN-γ increases. It has been shown that IL-2 deficiency affects Treg homeostasis in SLE and thus contributes to its pathogenesis. The role of IFN-γ in SLE is, however, controversial. In this work, a comprehensive characterization of four subpopulations of memory CD4 T cells of diseased NZBxW lupus-prone mice was performed. These cell subsets are DN (IFN-γ—IL-2— double negative), IL-2 SP (IFN-γ—IL-2+ single positive), DP (IFN-γ+IL-2+ double positive) and IFN-γ SP (IFN-γ+IL-2—single positive) cells. A multi-step cell sorting procedure was used to isolate these cell subsets. The data showed that IFN-γ SP cells were characterized by a different gene expression profile than DP cells. In detail, IFN-γ SP cells revealed an enhanced expression of chemokine receptors, co-stimulatory and co-inhibitory molecules as well as apoptosis markers and decreased production of effector cytokines. In addition, functional analyses showed that IFN-γ SP cells were tended to increased apoptosis and decreased proliferation. These data show an altered phenotype of IFN-γ SP cells of diseased NZBxW lupus-prone mice, which might be important for the disease pathogenesis at least in this animal model of SLE.

Die Funktion und Spezifität von Natürlichen-Killer-T-Zellen (NKT) in angeborener und erworbener Immunität ist nicht vollständig geklärt. Die Mehrheit der NKT-Zellen erkennt alpha-galactosylceramid (alphaGalCer), ein Lipid eines marinen Schwamms mit ungeklärter Relevanz. Verschiedene mykobakterielle Lipide wurden isoliert und auf ihre CD1d-Bindung und NKT-Zell-Aktivierung untersucht. Phospatidylinositol-mannosid (PIM) von Mycobacterium bovis BCG konnte als erstes bakterielles NKT-Zell-Antigen identifiziert werden. PIM aktiviert CD1d-abhängig murine und humane NKT-Zellen zur IFN-gamma aber nicht zur IL-4 Produktion. Mehrere andere Lipid-Fraktionen aktivierten ebenfalls NKT-Zellen. Diese Stimulation war entweder eine direkte, T-Zell-Rezeptor (TZR)-vermittelte und/oder indirekte, Toll-like-receptor 2 (TLR2) vermittelte Aktivierung. Iso-globotrihexosylceramide (iGb3) wurde als das endogene NKT-Zell-Antigen beschrieben. IGb3 ist ubiquitär in Lysosomen vorhanden. Dies wirft die Frage nach der Regulation der Antigen-Verfügkarkeit und der Kontrolle der NKT-Zell-Aktivierung auf. Es konnte gezeigt werden dass die Regulation der Antigen-Verfügbarkeit essentiell für die Regulation der NKT-Zell-Aktivität ist. Unkontrolliertes Auftreten und erhöhte Konzentration von iGb3 führte zu einer substantiellen Reduktion der NKT-Zell-Zahl, vermutlich durch Aktivierungs-induziertem-Zelltod. Mit Hilfe von DNS-Microarray Analysen wurden die Gen-Expressionsprofile von naïven NKT-Zellen und klassischen CD4 T-Zellen, regulatorischen T-Zellen, NK-Zellen und aktivierten NKT-Zellen verglichen. Es konnte sowohl ein NKT-Zell-spezifisches Expressionsmuster etabliert als auch eine gemeinsame Expression von Genen in allen verglichenen Zelltypen identifiziert werden. Naive und aktivierte NKT-Zellen zeigen eine erhöhte Expression von Apoptose-regulierenden Genen welches auf eine starke Selbst-Kontrolle zur präzisen Regulation der eigenen Aktivität hinweist. / The function and specificity of Natural Killer T (NKT) cells in innate and acquired immunity still remains elusive. The vast majority of CD1d restricted NKT cells recognise alpha-galactosylceramid (alphaGalCer), derived from a marine sponge, a lipid of unclear physiological significance. Different mycobycterial glycolipids were isolated and examined for binding to CD1d as well as for their capacity of NKT cell stimulation. Phospatidylinositol-mannoside (PIM) derived from Mycobacterium bovis BCG was identified as the first bacterial lipid antigen presented by CD1d. PIM activated both murine and human NKT cells to secrete IFN-gamma but not IL-4 in a CD1d dependent manner. Additionally, several other lipid fractions with NKT cell activation capacities were identified. This activation was either a direct, T-cell-receptor (TCR) mediated and/or an indirect, toll-like-receptor 2 (TLR2) mediated activation. Iso-globotrihexosylceramide (iGb3) was described as the endogenous NKT cell antigen. iGb3 is a ubiquitously present lysosomal glycolipid which raises the question of regulation of antigen availability and NKT cell activation control. It could be shown that regulation of antigen availability plays a crucial role in regulation of NKT cell activation. Moreover, uncontrolled appearance and increased concentrations of the endogenous antigen iGb3 led to substantial decrease in NKT cell number, presumably by activation induced cell death. Using DNA Microarray analysis, the gene expression profiles of naïve NKT cells and classical CD4 T cells, regulatory T cells, NK cells as well as to activated NKT cells were compared. The profiles revealed a NKT cell specific gene expression pattern as well as expression of genes which NKT cells share with NK cells, conventional CD4+ T cells and Treg cells. Both, naïve and activated NKT cells display elevated expression of apoptosis regulating genes providing NKT cells with high degree of self-control to precisely regulate their own activity.