Das Wechselspiel zwischen Viren und ihren Wirtszellen beginnt meist an pattern recognition-Rezeptoren (PRRs), die für die Erkennung unterschiedlichster Pathogene anhand bestimmter Strukturen, sogenannten pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), zuständig sind. Nach Detektion lösen die PRRs über verschiedene Signalkaskaden eine antivirale Antwort aus, die zur Expression antiviraler Gene führt. RIG-I und MDA5 sind zytoplasmatisch lokalisierte PRRs und erkennen RNA-Strukturen, die insbesondere während der viralen Replikation und Transkription verfügbar sind. Hantaviren sind humanpathogene RNA-Viren mit einem einzelsträngigen, segmentierten Genom. Die Konsequenzen hantaviraler Infektionen auf molekularer Ebene wurden bereits detailliert untersucht, aber die Mechanismen, die zur Induktion der Immunantwort führen, wie auch mögliche Immunevasionsstrategien, die wahrscheinlich in Zusammenhang mit der Pathogenität des jeweiligen Hantavirusstamms variieren, konnten bisher nicht identifiziert werden. Da Hantaviren im Cytoplasma ihrer Wirtszellen replizieren, stellen RIG-I und MDA5 potentielle Detektoren dar. In dieser Doktorarbeit wird die Bedeutung von RIG-I und MDA5 für die Erkennung von Hantavirus-Infektionen untersucht. Wachstumskinetiken zeigten, daß RIG-I die Replikation von pathogenen wie auch apathogenen Hantaviren beeinträchtigt. Außerdem konnte die RNA hantaviraler Nukleocapsid- (N-) ORFs als eine virale Komponente identifiziert werden, die Typ I Interferon über RIG-I induziert. Das Ausmaß der Interferon-Aktivierung korrelierte hierbei tendenziell mit dem Virulenzgrad der Virusstämme und war für die nicht-pathogenen Hantaviren nicht nachweisbar. Unterschiede in der Aktivierungsstärke können anhand vorläufiger Daten wahrscheinlich auf noch nicht identifizierte Motive zurückgeführt werden, die am 3’-Ende der N ORFs liegen. Im Gegensatz dazu wurde keine Interferon-Aktivierung durch hantavirale Komponenten über MDA5 festgestellt. / Host-virus interaction is usually initated by pattern recognition receptors (PRRs) which are responsible for the recognition of various pathogens based on so-called pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Upon detection, PRRs trigger an antiviral immune response through different signalling cascades that lead to the expression of antiviral genes including interferon genes. RIG-I and MDA5 are cytoplasmically localised PRRs and recognise RNA patterns that are particularly available during viral replication and transcription. Hantaviruses are RNA viruses with single-stranded segmented genomes. The consequences of hantaviral infections have been analysed in detail, but the mechanisms that lead to the induction of the innate immune response as well as immune evasion strategies depending on the pathogenicity of the respective hantavirus strains have not been identified yet. Since hantaviruses replicate in the cytoplasm of their host cells, RIG-I and MDA5 represent potential PRRs for hantaviral detection. This thesis investigates the impact of RIG-I and MDA5 on recognition of hantaviral infections. Growth kinetics show that RIG-I impairs the replication of pathogenic as well as non-pathogenic hantaviruses. Furthermore, the RNA of hantaviral nucleocapsid protein (N) ORF could be identified as a viral component responsible for the induction of RIG-I signalling. It is shown that the degree of interferon promotor activation correlates with the virulence of the hantavirus strain from which the N ORF was derived. Based on preliminary data, differences in activation strength may be attributed to not yet identified motifs at the 3’ end of the ORF. In contrast, no interferon activation through MDA5 could be observed.

Background: Community acquired pneumonia (CAP) is a high incidence disease resulting in about 260,000 hospital admissions per year in Germany, more than myocardial infarction or stroke. Worldwide, CAP is the most frequent infectious disease with high lethality ranging from 1.2 % in those 20–29 years old to over 10 % in patients older than 70 years, even in industrial nations. CAP poses numerous medical challenges, which the PROGRESS (Pneumonia Research Network on Genetic Resistance and Susceptibility for the Evolution of Severe Sepsis) network aims to tackle: Operationalization of disease severity throughout the course of disease, outcome prediction for hospitalized patients and prediction of transitions from uncomplicated CAP to severe CAP, and finally, to CAP with sepsis and organ failure as a life-threatening condition. It is a major aim of PROGRESS to understand and predict patient heterogeneity regarding outcome in the hospital and to develop novel treatment concepts. Methods: PROGRESS was designed as a clinical, observational, multi-center study of patients with CAP requiring hospitalization. More than 1600 patients selected for low burden of co-morbidities have been enrolled, aiming at a total of 3000. Course of disease, along with therapy, was closely monitored by daily assessments and long-term follow-up. Daily blood samples allow in depth molecular-genetic characterization of patients. We established a well-organized workflow for sample logistics and a comprehensive data management system to collect and manage data from more than 50 study centers in Germany and Austria. Samples are stored in a central biobank and clinical data are stored in a central data base which also integrates all data from molecular assessments. Discussion: With the PROGRESS study, we established a comprehensive data base of high quality clinical and molecular data allowing investigation of pressing research questions regarding CAP. In-depth molecular characterization will contribute to the discovery of disease mechanisms and establishment of diagnostic and predictive biomarkers. A strength of PROGRESS is the focus on younger patients with low burden of co-morbidities, allowing a more direct look at host biology with less confounding. As a resulting limitation, insights from PROGRESS will require validation in representative patient cohorts to assess clinical utility. Trial registration: The PROGRESS study was retrospectively registered on May 24th, 2016 with ClinicalTrials.gov: NCT02782013

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.

Wirtszellen verfügen über bisher unzureichend verstandene zellautonome Immunmechanismen zur Abwehr von intrazellulären Bakterien. In dieser Arbeit wurden zwei Abwehrmechanismen charakterisiert, die in Endothelzellen und Makrophagen Infektionen durch C. pneumoniae bekämpfen. Es konnte gezeigt werden, dass C. pneumoniae über einen MAVS-abhängigen Signalweg in humanen Endothelzellen erkannt wird. Diese Erkennung aktiviert die Transkriptionsfaktoren IRF3 und IRF7 und nachfolgend eine IRF3/7-abhängige Typ I-IFN-Produktion. Typ I-IFN bewirken auto- und parakrin eine Kontrolle der intrazellulären Infektion mit C. pneumoniae. Zum anderen wurde gezeigt, dass das mitochondriale Molekül NLRX1 eine zellautonome Abwehr gegen C. pneumoniae in Endothelzellen und in Makrophagen vermittelt. Diese NLRX1-abhängige intrazelluläre Abwehr ist unabhängig von verschiedenen, bisher mit NLRX1 in Verbindung gebrachten Signalwegen. Die Ergebnisse zeigen somit zum ersten Mal, dass NLRX1 eine zellautonome Abwehr gegen intrazelluläre Bakterien vermittelt. Daraus gewonnene Erkenntnisse sowie die Ergebnisse zukünftiger Arbeiten zur Klärung der NLRX1- und MAVS-aktivierenden chlamydialen Moleküle und den durch Typ-I-IFN-abhängigen intrazellulären Abwehrmechanismen könnten bei der Erforschung neuartiger antibakterieller Therapien hilfreich sein. Diese ist angesichts der weltweiten signifikanten Zunahme von mehrfach-resistenten Infektionserregern, unbedingt notwendig. / The cell autonomous defense mechanisms against intracellular bacteria in host cells are so far insufficiently understood. In the present work two defense mechanisms involved in the elimination of C. pneumoniae in endothelial cells and in macrophages were characterized. It could be shown that C. pneumoniae is recognized by a MAVS-dependent signaling pathway in human endothelial cells. This recognition activates the transcription factors IRF3 and IRF7 and subsequently an IRF3/7-dependent type I-IFN production. Type-I-IFNs induce an auto- and paracrine control mechanism against the intracellular infection with C. pneumoniae. Additionally it could be shown for the first time that the mitochondrial NLR molecule NLRX1 mediates a cell autonomous defense mechanism against C. pneumoniae and most likely other intracellular bacteria in human endothelial cells and murine macrophages. This NLRX1-dependent intracellular defense mechanism is independent of the different mechanisms which were so far linked to NLRX1. The outcome of this work and future studies to identify chlamydial molecules responsible for the activation of the MAVS- and NLRX1-dependent signaling pathways as well as the effector mechanisms responsible for Type-I-IFN-dependent control of intracellular chlamydial replication could be very helpful in the development of novel antibacterial therapies.

Die Gliazellen des enterischen Nervensystems galten lange Zeit lediglich als Packmaterial der Neuronen. Erst in den letzten Jahren rückte dieser Zelltyp in das Interesse der Forschung, weil mehrere Studien eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der Darmwandintegrität postulierten. Da bisher wenig über die immunphysiologischen Eigenschaften der enterischen Gliazellen bekannt war, wurde in dieser Arbeit deren Bedeutung bei der angeborenen intestinalen Immunantwort untersucht. Hierfür wurden Primärkulturen von enterischen Gliazellen eingesetzt, welche aus dem Plexus myentericus adulter Ratten stammten. Es wurde erstmalig nachgewiesen, dass enterische Gliazellen über Toll like und NOD-Rezeptoren (TLR 2, TLR 4, TLR 6, TLR 7, TLR 9, NOD 1, NOD 2) pathogene bakterielle Muster (PAMPs) erkennen. Dabei zeigte sich, dass eine enge Vernetzung zwischen den Toll-like-Rezeptoren besteht. Einerseits findet eine Liganden-spezifische Regulierung der Toll-like-Rezeptoren statt, anderseits beeinflussen TLR spezifische Liganden die mRNA-Expression weiterer Toll-like-Rezeptoren. In der Analyse der intrazellulären Signalweiterleitung konnte die Existenz verschiedener Adaptor- und Interaktionsmoleküle wie RICK und Myd88 sowie der IKK / NF κB Signalweg mit Degradierung von IκB α nach Aktivierung durch LPS belegt werden. Aktivierte enterische Gliazellen sind eine Quelle für pro- und anti-inflammatorische Interleukine (IL-1α, IL 1β, IL 6, IL-10, IL-12), TNF α und Chemokine (Ccl-2, Cxcl-9, Cxcl-10). Sie können somit weitere immunkompetente Zellen rekrutieren und agieren vermutlich als Schnittstelle zwischen der angeborenen und erworbenen Immunantwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit implizieren, dass es sich bei enterischen Gliazellen um einen zusätzlichen immunregulatorischen Zelltyp im Darm handelt, welcher aktiv bei der angeborenen Immunabwehr mitwirkt. Neben pro inflammatorischen Eigenschaften tragen enterische Gliazellen auch zur Darmprotektion während Entzündungsprozessen bei. Daraus ergibt sich eine komplexe Funktionalität der enterischen Gliazellen bei der immunologischen Homöostase im Darm.

Die Gliazellen des enterischen Nervensystems galten lange Zeit lediglich als Packmaterial der Neuronen. Erst in den letzten Jahren rückte dieser Zelltyp in das Interesse der Forschung, weil mehrere Studien eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der Darmwandintegrität postulierten. Da bisher wenig über die immunphysiologischen Eigenschaften der enterischen Gliazellen bekannt war, wurde in dieser Arbeit deren Bedeutung bei der angeborenen intestinalen Immunantwort untersucht. Hierfür wurden Primärkulturen von enterischen Gliazellen eingesetzt, welche aus dem Plexus myentericus adulter Ratten stammten. Es wurde erstmalig nachgewiesen, dass enterische Gliazellen über Toll like und NOD-Rezeptoren (TLR 2, TLR 4, TLR 6, TLR 7, TLR 9, NOD 1, NOD 2) pathogene bakterielle Muster (PAMPs) erkennen. Dabei zeigte sich, dass eine enge Vernetzung zwischen den Toll-like-Rezeptoren besteht. Einerseits findet eine Liganden-spezifische Regulierung der Toll-like-Rezeptoren statt, anderseits beeinflussen TLR spezifische Liganden die mRNA-Expression weiterer Toll-like-Rezeptoren. In der Analyse der intrazellulären Signalweiterleitung konnte die Existenz verschiedener Adaptor- und Interaktionsmoleküle wie RICK und Myd88 sowie der IKK / NF κB Signalweg mit Degradierung von IκB α nach Aktivierung durch LPS belegt werden. Aktivierte enterische Gliazellen sind eine Quelle für pro- und anti-inflammatorische Interleukine (IL-1α, IL 1β, IL 6, IL-10, IL-12), TNF α und Chemokine (Ccl-2, Cxcl-9, Cxcl-10). Sie können somit weitere immunkompetente Zellen rekrutieren und agieren vermutlich als Schnittstelle zwischen der angeborenen und erworbenen Immunantwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit implizieren, dass es sich bei enterischen Gliazellen um einen zusätzlichen immunregulatorischen Zelltyp im Darm handelt, welcher aktiv bei der angeborenen Immunabwehr mitwirkt. Neben pro inflammatorischen Eigenschaften tragen enterische Gliazellen auch zur Darmprotektion während Entzündungsprozessen bei. Daraus ergibt sich eine komplexe Funktionalität der enterischen Gliazellen bei der immunologischen Homöostase im Darm.

Hantaviren, deren Hauptreservoir Nager bilden, sind weltweit verbreitete Pathogene. Nach Übertragung auf den Menschen prägen sie vorwiegend zwei Krankheitsbilder: Das hämorrhagische Fieber mit renalem Syndrom (HFRS) oder das Hantavirus-assoziierte cardiopulmonale Syndrom (HCPS). Je nach Virusstamm variiert die Mortalitätsrate zwischen 0,1% und 50%. Das Dobrava-Belgrad-Virus (DOBV), welches zum HFRS führt, weist eine Mortalitätsrate von bis zu 12% auf und ist somit das lebensbedrohlichste Hantavirus in Europa. Wie ihre natürlichen Wirte, die Mäuse aus dem Genus Apodemus, bilden auch die DOBV unterschiedliche phylogenetische Linien. Das aus A. flavicolis (Af) isolierte DOBV-Af ist im Balkan verbreitet und führt zu schweren Verläufen des HFRS. Das in A. agrarius (Aa) gefundene DOBV-Aa verursacht schwache bis milde HFRS-Erkrankungen in Mitteleuropa und dem zentraleuropäsichen Teil Russlands. Moderate bis schwere HFRS-Verläufe im südeuropäischen Teil Russlands wurden mit Viren der DOBV-Ap-Linie in Verbindung gebracht, welche von A. ponticus (Ap) übertragen werden. In Deutschland ist DOBV endemisch im nördlichen Teil des Landes. Epidemiologische Studien, basierend auf der serologischen Feintypisierung mittels Neutralisationstests und phylogenetischen Analysen Patienten-assoziierter Virussequenzen, zeigen, dass Viren der DOBV-Aa-Linie für die HFRS-Fälle in dieser Region verantwortlich sind. Bislang konnte das für die humane Erkrankung in Deutschland verantwortliche Virus noch nicht in Zellkultur isoliert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das erste Zellkulturisolat eines aus Deutschland stammenden DOBV gewonnen, dessen vollständige Genomsequenz bestimmt und als Greifswald-Virus (GRW/Aa) bezeichnet wurde. In phylogenetischen Analysen bildete GRW/Aa eine gemeinsame Gruppe mit viralen Sequenzen, die aus norddeutschen HFRS-Patienten gewonnen wurden. Folglich kann GRW/Aa als das für HFRS in Deutschland verantwortliche DOBV angesehen werden. Anhand von Wirtszellkulturen konnten wir zeigen, dass GRW/Aa ähnliche Charakteristika aufweist, wie das pathogene Hantaan-Virus; es nutzt b3-Integrine und den decay accelerating factor (DAF) als zelluläre Rezeptoren und induziert die späte Expression von Markern der angeborenen Immunantwort (z. B. IFN-b, IFN-l1, MxA). Obwohl Hantaviren auf nahezu allen Kontinenten als Humanpathogene bekannt sind, wurde das erste afrikanische Hantavirus (Sangassou-Virus, SANGV) erst kürzlich in unserer Arbeitsgruppe isoliert. Aufgrund der engen phylogenetischen Verwandtschaft zwischen SANGV und GRW/Aa haben wir untersucht, ob das potentiell humanpathogene SANGV ähnliche Eigenschaften wie GRW/Aa aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass bislang noch kein Tiermodell für die Untersuchung der Hantaviruspathogenese existiert, haben wir die Rezeptorerkennung und Induktion der Marker der angeborenen Immunantwort zur Abschätzung des humanpathogenen Potentials von SANGV, im Vergleich zu GRW/Aa, verwendet. Wir zeigten, dass SANGV ausschließlich b1-Integrine als Rezeptor nutzt und eine starke IFN-l1-Antwort in der infizierten Zelle induziert. In der Zellkultur zeigt SANGV somit andere funktionelle Charakteristika als GRW/Aa. Ob diese in Zusammenhang mit einer durch SANGV vermittelten Pathogenese stehen, muss in zukünftigen Studien untersucht werden. / Hantaviruses are worldwide distributed pathogens which are mainly carried by rodents. When transmitted to humans, they can cause two significant diseases: hemorrhagic fever with renal syndrome (HFRS) or hantavirus cardiopulmonary syndrome (HCPS). Depending on the virus strain, the case fatality rates of hantavirus diseases are ranging from 0.1% up to 50%. In Europe Dobrava-Belgrade virus (DOBV) is the most life-threatening hantavirus leading to HFRS with case fatality rates of up to 12%. According to its natural hosts, mice of the genus Apodemus, DOBV forms distinct phylogenetic lineages. DOBV-Af associated with A. flavicollis (Af) causes severe HFRS cases in the Balkan region. DOBV-Aa, found in A. agrarius (Aa), is typical for Central Europe and Central European Russia where it causes mild/moderate disease. Moderate to severe HFRS cases in South European Russia have been associated with virus strains of the DOBV-Ap lineage, transmitted by A. ponticus (Ap). In Germany, DOBV is endemic in the northern part of the country. Seroepidemiological studies involving fine serotyping by neutralization assay as well as phylogenetic analyses of patient-associated virus sequences showed that strains of DOBV-Aa lineage are responsible for HFRS cases in this geographical region. However, the causative agent of human disease from Germany was not isolated in cell culture. Within the current study, we have generated the first cell culture isolate of DOBV from Germany, called Greifswald virus (GRW/Aa), and determined its complete genomic nucleotide sequence. Phylogenetic analyses revealed close clustering of GRW/Aa with sequences derived from Northern German HFRS patients. Consequently, GRW/Aa can be taken as a representative of DOBV strains causing HFRS in Germany. We have demonstrated that in cultivated host cells GRW/Aa exhibits properties similar to pathogenic Hantaan virus; it recognizes b3 integrins and Decay Accelerating Factor (DAF) as cellular entry receptors and induces late expression of innate immunity markers (IFN-b, IFN-l1, MxA). Despite hantaviruses being well recognized human pathogens in almost all continents, the first African hantavirus named Sangassou virus (SANGV) has been only very recently isolated in our group. Important to note that SANGV is most closely related to DOBV in molecular phylogenetic analyses. Therefore, it was interesting to investigate if SANGV, a potential human pathogen, displays properties similar to GRW/Aa. Given that an animal model for studying hantavirus-mediated pathogenesis is not available, we used cellular receptor recognition and induction of innate immunity markers as in vitro determinants to estimate the pathogenic potential of SANGV in comparison to GRW/Aa. We have found that SANGV exclusively recognizes b1 integrins as cellular entry receptors and elicits strong induction of IFN-l1 in infected cells. Therefore, in cultivated host cells SANGV exhibits functional characteristics distinct from GRW/Aa. Whether these properties contribute to SANGV-mediated pathogenesis in humans needs to be elucidated in future studies.

Background: Community acquired pneumonia (CAP) is a high incidence disease resulting in about 260,000 hospital admissions per year in Germany, more than myocardial infarction or stroke. Worldwide, CAP is the most frequent infectious disease with high lethality ranging from 1.2 % in those 20–29 years old to over 10 % in patients older than 70 years, even in industrial nations. CAP poses numerous medical challenges, which the PROGRESS (Pneumonia Research Network on Genetic Resistance and Susceptibility for the Evolution of Severe Sepsis) network aims to tackle: Operationalization of disease severity throughout the course of disease, outcome prediction for hospitalized patients and prediction of transitions from uncomplicated CAP to severe CAP, and finally, to CAP with sepsis and organ failure as a life-threatening condition. It is a major aim of PROGRESS to understand and predict patient heterogeneity regarding outcome in the hospital and to develop novel treatment concepts. Methods: PROGRESS was designed as a clinical, observational, multi-center study of patients with CAP requiring hospitalization. More than 1600 patients selected for low burden of co-morbidities have been enrolled, aiming at a total of 3000. Course of disease, along with therapy, was closely monitored by daily assessments and long-term follow-up. Daily blood samples allow in depth molecular-genetic characterization of patients. We established a well-organized workflow for sample logistics and a comprehensive data management system to collect and manage data from more than 50 study centers in Germany and Austria. Samples are stored in a central biobank and clinical data are stored in a central data base which also integrates all data from molecular assessments. Discussion: With the PROGRESS study, we established a comprehensive data base of high quality clinical and molecular data allowing investigation of pressing research questions regarding CAP. In-depth molecular characterization will contribute to the discovery of disease mechanisms and establishment of diagnostic and predictive biomarkers. A strength of PROGRESS is the focus on younger patients with low burden of co-morbidities, allowing a more direct look at host biology with less confounding. As a resulting limitation, insights from PROGRESS will require validation in representative patient cohorts to assess clinical utility. Trial registration: The PROGRESS study was retrospectively registered on May 24th, 2016 with ClinicalTrials.gov: NCT02782013

Neutrophile sind die häufigsten weißen Blutkörperchen im menschlichen Blut. Sie bilden die erste Verteidigungslinie und töten eindringende Krankheitserreger ab. Neutrophile extrazelluläre Fallen (NETs) sind netzartige Strukturen, die aus dekondensiertem Chromatin bestehen und mit zytotoxischen Proteinen dekoriert sind. NETs können Mikroben in vitro und in vivo einfangen und abtöten, sind aber auch für verschiedene Krankheiten verantwortlich. Frühere Studien haben eine spezifische Gruppe von 20-50 Neutrophilenproteinen identifiziert, die an NETs gebunden sind und von denen einige eine mikrobizide Wirkung haben. Wie diese Proteine an die NETs binden, wie sie interagieren und wie die Bindung ihre antimikrobielle Aktivität beeinflusst, ist noch nicht bekannt. In dieser Dissertation habe ich die Verteilung von acht neutrophilen Proteinen und Nukleosomen auf NETs mit Hilfe der Superauflösungsmikroskopie untersucht. Es wurden drei unabhängige Techniken mit Auflösungen von mehr als 90 nm verwendet. Die Nukleosomen bildeten auf den NETs periodische Cluster mit deutlich größeren Abständen im Vergleich zum kondensierten Chromatin. Drei NET-Proteine waren ebenfalls in periodischen Clustern auf den NETs lokalisiert und zwei von ihnen waren stark mit Nukleosomen kolokalisiert. Alle anderen analysierten Proteine zeigten keine Muster der Bindung an NETs. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die Bindung von Proteinen an NETs zumindest teilweise spezifisch ist und teilweise durch Wechselwirkungen mit Nukleosomen vermittelt wird. Die erfolgreiche Einführung der superauflösenden Mikroskopie für schwierige NET-Proben in Kombination mit einem vorgeschlagenen rekonstituierten NET-System eröffnet neue Möglichkeiten für das Verständnis der molekularen Mechanismen der NET-Bildung und der Protein-Protein-Interaktion bei der NET-vermittelten Abtötung. / Neutrophils are the most abundant human white blood cell in circulation. They are the first line of defense and kill invading pathogens. Neutrophil Extracellular Traps (NETs) are weblike structures composed of decondensed chromatin decorated with cytotoxic proteins. NETs can trap and kill microbes in vitro and in vivo, but also mediate several diseases. Previous studies identified a specific set of 20-50 neutrophil proteins bound to NETs, several with microbicidal activity. It remains unknown how these proteins bind to NETs, how they interact and how binding influences their anti-microbial activity. In this dissertation, I studied the distribution of eight neutrophil proteins and nucleosomes on NETs using super-resolution microscopy. Three independent techniques with resolutions larger than 90nm were used. Nucleosomes formed periodic clusters on NETs, with significantly larger spacing compared to condensed chromatin. Three NET proteins also localized in periodic clusters on NETs and two of them strongly co-localized with nucleosomes. All other proteins analyzed showed no patterns binding to NETs. Taken together, these findings demonstrate that, at least some, protein binding to NETs is specific and in part mediated by interactions with nucleosomes. The successful introduction of super-resolution microscopy to the challenging NET samples in combination with a proposed reconstituted NET system opens new possibilities to understand the molecular mechanisms behind NET formation and protein-protein interaction in NET mediated killing.

Das human pathogene Varicella-Zoster Virus (VZV) gehört zur Familie der Herpesviren und ist weltweit verbreitet. Die Primärinfektion verursacht Varicellen, welche durch einen bläschenartigen Hautausschlag charakterisiert ist. Im Anschluss daran etabliert VZV eine lebenslange Latenz und verursacht nach Reaktivierung Herpes Zoster. Seit 2004 ist der Lebendimpfstoff aus attenuierten Virionen des VZV-Stammes V-Oka in Deutschland empfohlen. Im Gegensatz zur Infektion mit zirkulierenden virulenten VZV Stämmen tritt nach Verimpfung des Vakzin-Stammes V-Oka kein Exanthem auf. Die Haut ist der Hauptreplikationsort von VZV und immunologische Unterschiede zwischen virulentem VZV und dem Vakzin-Stamm treten hier am deutlichsten auf. In der vorliegenden Arbeit konnte eine neue Immunevasionsstrategie virulenter VZV Stämme aufgedeckt werden, welche erklären könnte, wie virulente VZV Stämme frühe antivirale Immunantworten umgehen. In Hautläsionen von Herpes Zoster Patienten konnte eine massive Infiltration von myeloiden inflammatorischen Dendritischen Zellen beobachtet werden. In vitro Studien mit Monozyten abgeleiteten Dendritischen Zellen (DC), welche inflammatorische DC repräsentieren, zeigten, eine signifikant erhöhte Expression von CD1c Molekülen nach Infektion mit dem Vakzin-Stamm, sowie virulentem VZV. Funktionelle Untersuchungen mit intraepithelialen CD1c-restringierten gamma delta T Zellen zeigten, dass DC nach Infektion mit dem Vakzin-Stamm phänotypisch und funktionell reiften und somit die T Zellen zur IFN-gamma Sekretion stimulierten. Im Gegensatz dazu wurde die funktionelle Reifung von DC, die mit virulentem VZV infiziert waren, geblockt. Folglich wurde kein bioaktives IL-12 sezerniert, welches als entscheidendes Cytokin zum Aufbau einer antiviralen T-Helfer 1 Immunantwort beiträgt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass virulentes VZV die Signalkaskade des Toll-like Rezeptors 2 (TLR2) in DC inhibiert und somit die IL-12 Produktion verhindert. / Varicella-zoster virus (VZV) which belongs to the family of herpesviruses is restricted to humans and distributed worldwide. Primary infection of VZV causes chickenpox characterized by a disseminated rash. Thereafter, VZV establishes a lifelong latency and can be reactivated to cause herpes zoster. Since 2004 the attenuated strain V-Oka of VZV was licensed for Germany to immunize children against VZV infection. In contrast to infection by circulating virulent VZV strains, vaccination with V-Oka remains asymptomatic. The skin is the major replication site of VZV and immunological differences between virulent VZV and the vaccine should become most apparent within this immune organ. In summary, this study discovered a new immune evasion strategy of virulent VZV strains which might explain how virulent VZV strains overcome innate antiviral responses. A strong infiltration of myeloid-derived inflammatory DCs has been detected in skin lesions of herpes zoster patients. In vitro studies with monocyte-derived dendritic cells (DCs), reflecting inflammatory DCs, showed that they were efficiently infected by both, the vaccine and a virulent VZV strain. Intriguingly, a significant upregulation of CD1c molecules on VZV-infected DCs was observed. Functional investigations using intraepithelial CD1c-restricted gamma delta T cells revealed that DCs infected with the vaccine virus were fully instructed to mature, thereby promoting IFN-gamma secretion of gamma-delta T cells. In striking contrast, DCs infected with virulent VZV strains were efficiently blocked to mature functionally. In detail, they did not secrete bioactive IL-12 which is an instrumental cytokine for generation of antiviral T helper 1 responses. Moreover, virulent VZV blocked Toll-like receptor 2 (TLR2) signaling in DCs thereby preventing production of bioactive IL-12 which in turn inhibited IFN-gamma secretion by gamma-delta T cells.