Le polymorphisme et le polygénisme des complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) limitent les succès de la transplantation. En effet, les disparités, tant d’antigènes mineurs que majeurs, exposent le patient transplanté au risque de rejet et imposent l’administration d’un traitement immunosuppresseur. Ce dernier affecte de façon non spécifique l’ensemble des réponses immunitaires et augmente le risque d’infections mortelles et de cancers. En outre, ce traitement ne semble pas prévenir le rejet chronique. Des découvertes récentes ont confirmé l’existence de lymphocytes appelés régulateurs (Tregs) dont le rôle est de garantir l’homéostasie des réponses immunes afin qu’elles ne deviennent incontrôlées et pathologiques. Les Tregs classiquement décrits expriment de manière constitutive l’antigène CD4+, la chaîne alpha du récepteur de l’interleukine (IL)-2 (CD25) et le facteur de transcription Foxp3. Ils représentent 5 à 10% des lymphocytes CD4+ totaux. Les Tregs sont capables de réguler des lymphocytes alloréactifs et ont été décrits comme responsables du maintien de la tolérance d’allogreffe chez la souris. Mais jusqu'alors, les modèles employés pour démontrer l'importance des Tregs en transplantation utilisaient soit un traitement immunosuppresseur transitoire, soit des transferts de cellules T dans des souris lymphopéniques. Toutefois, ces derniers ne permettent pas de distinguer l'effet des Tregs sur la prolifération homéostatique des lymphocytes effecteurs de leur effet sur la réponse allogénique. Dans notre travail, nous montrons que les Tregs jouent un rôle prépondérant dans l’acceptation spontanée d’allogreffes en l’absence d’immunosuppresseur et en dehors d’un contexte lymphopénique chez la souris. En effet, la déplétion des Tregs du receveur par l’administration d’anticorps anti CD25 amplifie les réponses allogéniques de type Th1 et Th2 et, par conséquent, déclenche le rejet d’allogreffe. Les propriétés régulatrices des Tregs ne sont cependant pas illimitées. En effet, dans un second travail, nous décrivons, d’une part, leur incapacité à contrôler la production d’IL-17 par des lymphocytes CD4+CD25pos mémoires et, d’autre, part leur implication directe dans la différenciation de cellules Th17 au départ de lymphocytes CD4+CD25neg alloréactifs. Nous concluons donc que si les Tregs naturellement présents chez le receveur jouent un rôle primordial dans la protection du greffon contre des réponses de type Th1 ou Th2, ils pourraient néanmoins favoriser une voie alterne du rejet d’allogreffe dépendante de l’IL 17. / Major histocompatibility complex (MHC) polymorphism is a major hindrance to transplantation success. Both minor and major antigen disparities between donor and recipient increase the risk of transplant rejection. This is thwarted by the administration of an immunosuppressive therapy that unspecifically affects all immune responses therefore increasing the risk of infections and cancers. Besides, this treatment does not seem to prevent chronic rejection. Recent studies have confirmed the existence of lymphocytes called regulatory T cells (Tregs), whose role is to maintain the general immune homeostasis and to protect the individual from autoimmune diseases. The classically described Tregs express constitutively the CD4 antigen, the alpha chain of the interleukin (IL)-2 receptor (CD25) and the transcription factor Foxp3. They represent 5 to 10% of total CD4+ T cells. Tregs are able to control alloreactive responses and were described to be responsible for the maintenance of allograft tolerance in mice. So far, the tolerogenic capacities of Tregs have been demonstrated either in mice treated with immunomodulatory antibodies (induced Tregs) or by adoptive co-transfer of Tregs and effector cells into lymphopenic mice. However, the latter has the disadvantage of not being able to distinguish the effect of Treg on lymphopenia-induced homeostatic proliferation from their effect on alloreactive responses. Herein, we show that Tregs play a crucial role in spontaneously accepted allografts in the absence of immunosuppressive therapy and in non-lymphopenic condition. Indeed, the depletion of the recipient’s Tregs through the administration of an anti-CD25 antibody enhances type Th1 and type-Th2 allogeneic responses, consequently triggering allograft rejection. However, the regulatory properties of Tregs are not unlimited. Indeed, we found that Tregs are unable to control allogeneic IL-17 production by memory CD4+ T cells and are even necessary for de novo Th17 differentiation. We conclude, therefore, that Tregs naturally present in the recipient play a critical role in protecting the allograft. Nevertheless, despite this context of regulation, IL-17-producing alloreactive T cells, beyond the control of Tregs, could mediate an alternative pathway of allograft rejection.

Zugl.: Leipzig, Univ., Diss., 2007

No description available.

Regulatorische CD4+CD25+ T-Zellen (Tregs) stellen eine kleine Zellpopulation dar (1-5% der peripheren Blutzellen), die hauptsächlich für die Regulierung von Immunreaktionen verantwortlich ist. In der vorliegenden Arbeit wurden diese Zellen gemeinsam mit Stammzellen syngen und allogen kotransplantiert, um ihren Effekt auf das Anwachsen der Spenderzellen und die Rekonstitution der Hämatopoese nach Ganzkörperbestrahlung zu untersuchen. Es wurden humanisierte dreifach transgene Empfängermäuse (C57Bl/6-TTG) verwendet (human CD4+, murin CD4-, human HLA-DR+), wodurch sowohl bei syngener als auch bei allogener Transplantation eine Unterscheidung zwischen Spender- und Empfängerzellen möglich ist. Zunächst wurden CD4+CD25+ T-Zellen durch Separation aus Milzzellen bzw. Buffy Coats gewonnen und in vitro mittels Durchflusszytometrie und ELISpot charakterisiert. Anschließend fanden syngene und allogene Transplantationen mit einer Laufzeit von 61 Tagen statt. Überleben und Gewicht wurden täglich ermittelt und außerdem wurden wöchentlich Blutbilder erstellt und durchflusszytometrische Chimärismusanalysen (murines und humanes CD4, CD8, MHC (H2Db, H2Kd)) durchgeführt. Durch die magnetische Separation konnte die FoxP3-Expression der murinen Zellen (Transplantat) von 1,6% in der Ausgangspopulation auf 68,5% in der CD4+CD25+ Population gesteigert werden. In den ELISpot-Assays zeigten diese separierten Zellen, wie für Tregs typisch, keine Produktion von Interleukin-2. Nach syngener Transplantation (Spender: wildtyp C57Bl/6) von 2x106 Knochenmarkzellen und 1x106 CD4+CD25+ T-Zellen überlebten 100% der Tiere, wie zu erwarten war. Dabei setzte bei Tregs-kotransplantierten Tieren die Blutbildung nach bestrahlungsbedingter Leukozytopenie aufgrund bisher nicht bekannter Mechanismen früher wieder ein und der Donor-Zell-Chimärismus war an Tag 19 nach Transplantation signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Dies zeigt, dass regulatorische T-Zellen im syngenen Transplantationsmodell einen positiven Effekt auf die Akzeptanz bzw. das Anwachsen des Transplantats haben. Dieses Modell entspricht klinisch einer autologen Transplantation. Nach einer knochenmarkzerstörenden Therapie werden dem Patienten eigene Stammzellen reinfundiert, um die Blutbildung und das Immunsystem wieder in Gang zu bringen. Der Zusatz von regulatorischen T-Zellen zum autologen Stammzelltransplantat könnte das Anwachsen der Zellen beschleunigen und die gefährliche Phase der Immunsuppression, in der es häufig zu Sekundärinfektionen kommt, verkürzen. Die Transplantation der gleichen Zahl von allogenen Spenderzellen (wildtyp Balb/c) führte überraschend zum Tod aller dreifach transgenen Empfängertiere. Der Vergleich zu Experimenten mit wildtyp C57Bl/6-Empfängertieren zeigte, dass dreifach transgene Mäuse sehr viel höhere Zellzahlen im Transplantat zum Überleben benötigen (Daten nicht gezeigt). Das Ausbleiben der Blutbildung nach der Bestrahlung führte zu vermindertem Allgemeinbefinden, gestörter Futter- und Wassseraufnahme und Exsikkose bis zum Tod bzw. aus Tierschutzgründen zur Euthanasie. Durch Erhöhung der Zellzahl im Transplantat auf 1x107 Knochenmark + 5x106 Milzzellen überlebten 25% der Mäuse, bei 3x107 Knochenmark + 5x106 Milzzellen waren es 50%. Anders als im syngenen Modell führte die Kotransplantation 1,5x106 allogener CD4+CD25+ T-Zellen zu 3x107 Knochenmark + 5x106 Milzzellen zum Versterben der Tiere. Dies verdeutlicht, dass regulatorische T-Zellen in diesem allogenen Transplantationsmodell das Anwachsen des Transplantats behindern (Transplantatversagen). Hier gilt es zu klären, ob dieser Effekt spezifisch für die gewählten Mausstämme ist und welche Mechanismen für das Transplantatversagen verantwortlich sind. In einem dreifach transgenen Mausmodell konnte ein positiver Effekt von regulatorischen T-Zellen auf die Rekonstitution der Hämatopoese bei syngener Kotransplantation nachgewiesen werden. Im allogenen Transplantationsmodell hingegen führte die Kotransplantation CD4+CD25+ T-Zellen zum Versterben der Empfänger. Der beschriebene und schon publizierte positive Effekt spenderspezifischer Tregs zur Behandlung von Graft versus Host Disease nach allogener Stammzelltransplantation widerspricht diesen Ergebnissen nicht, da es bei diesen Patienten schon zum Engraftment von hämatopoetischen Stammzellen gekommen ist. Dies hat weitreichende Konsequenzen für die therapeutische Anwendung regulatorischer T-Zellen bei hämatologischen Erkrankungen in der Human- und Veterinärmedizin. / Regulatory CD4+CD25+ T cells (Tregs) represent a small cell population (1-5% of peripheral blood cells) mainly responsible for the regulation of the immune system. In the present work, these cells were cotransplanted with syngeneic and allogeneic stem cells in order to analyze the effect of Tregs on the reconstitution of hematopoiesis after total body irradiation. Humanized triple transgenic hosts (C57Bl/6-TTG) (human CD4+, murine CD4-, human HLA-DR+) were applied allowing differentiation of donor and host cells in syngeneic and allogeneic transplantation settings. Murine and human CD4+CD25+ T cells were magnetically separated out of splenocytes or buffy-coats and characterized in vitro by means of flow cytometry and ELISpot. Afterwards syngeneic and allogeneic transplantation experiments were performed for a period of 61 days. Survival and weight were assessed daily and once a week blood parameters and chimerism analyses (murine and human CD4, CD8, MHC (H2Db/ H2Kd)) were carried out. FoxP3 expression increased from 1,6% in the initial murine cell fraction to 68,5% in the separated CD4+CD25+ T cells. ELISpot assays showed the typical lack of interleukin 2 production of Tregs. After syngeneic transplantation (donor: wildtype C57Bl/6) of 2x106 bone marrow cells and 1x106 CD4+CD25+ T cells, 100% of mice survived what was to be expected. Cotransplanted animals showed earlier reconstitution of hematopoiesis after leukocytopenia and significant higher donor-cell-chimerism on day 19 after transplantation. The mechanisms for this positive effect of Tregs in syngeneic transplantation on the engraftment have to be investigated. This model clinically correspond an autologous transplantation where patients are treated with their own stem cells after a myeloablative treatment (chemotherapy or irradiation). The addition of regulatory T cells to the transplant could accelerate the engraftment and shorten the risky period of immunosuppression. Injection of the same numbers of allogeneic cells (donor: wildtype Balb/c) did not preserve hosts from mortality. Compared to experiments with wildtype recipients, results showed that triple transgenic mice need much higher cell numbers in the transplant for survival (data not shown). The failure of hematopoiesis after irradiation led to reduced general condition, disordered ingestion and exsikkosis leading to death respectively to euthanasia for reasons of protection of animals. By scaling up the cell number in the inoculum to 1x107 bone marrow cells + 5x106 splenocytes 25% of mice survived, with 3x107 bone marrow cells + 5x106 splenocytes survival was 50%. In contrast to syngeneic experiments, cotransplantation of 1,5x106 allogeneic CD4+CD25+ T cells and 3x107 bone marrow cells + 5x106 splenocytes did not prevent animals from mortality. In this allogeneic transplantation model Tregs restrain engraftment (graft failure). It has to be clarified if this effect is specific for the utilized mouse strains and which mechanisms are responsible for the graft failure. In the syngeneic triple transgenic mouse model cotransplantation of CD4+CD25+ T cells showed a positive effect on reconstitution of hematopoiesis after irradiation. In the allogeneic setting however cotransplantation of allogeneic regulatory T cells avoided the engraftment of transplanted cells. The described and published effect of donor-specific Tregs for treatment of graft versus host disease after allogeneic transplantation does not contradict the presented results because treated patients already possessed engrafted hematopoietic stem cells. The results have wide consequences for the therapeutic appliance of regulatory T cells in hematological diseases in human and veterinary medicine.

Psoriasis ist eine komplexe entzündliche Erkrankung der Haut. Charakteristisch ist eine dichte Infiltration von T-Lymphozyten und eine Hyperproliferation der Epithelschicht. Heutzutage belegen die Ergebnisse vieler experimteller Studien, daß Psoriasis eine T-Zell-induzierte Erkrankung ist. Die Spezifität der T-Zell-stimulierenden Antigene ist noch unbekannt. Voraussetzung für die Charakterisierung psoriatischer T-Zellen ist die Isolation von T-Zell-Klonen aus psoriatischen Plaques, deren Restimulation in vitro qualitativ und quantitativ erfaßbar ist. Hierfür haben wir einen hochsensiblen gamma-Interferon Elispot-Assay etabiert, der die Aktivität der T-Zellen aus Hautplaques erfaßt. Zudem zeigen wir, daß man aktivierte T-Zell-Klone mittels CD25-Markierung isolieren und anschließend klonieren kann. Unsere Ergebnisse können als eine Grundlage für weitere Versuche dienen, die die Spezifität von T-Zell-Klonen aus psoriatischen Plaques charakterisieren sollen. / Psoriasis is a complex inflammatory disease of the skin characterized by a dense infiltration of T-lymphocytes and a hyperproliferation of the epithelial layer. A host of experimental and clinical data suggest that psoriasis is a T cell mediated disorder. The nature of T-cell-stimulating antigens is still unknown. One way to identify putative antigen(s) is the definition of T-cell-receptor specifities using randomized combinatorial peptide libraries. This requires the isolation and expansion of T cell clones from psoriatic plaques in vitro. Therefore we established a gamma-interferon Elispot-assay which allows quantification of the frequency of activated plaque-derived T cells in vitro. In addition, we show that activated T cell clones can be sorted via CD25 and cloned. The expanded clones can also be restimulated by autologous cells. Our results should be useful in the design of experiments aiming at a systematic analysis of the specifity of T cell clones present in psoriatic plaques.

Regulatorische CD4+CD25+ T-Zellen (Tregs) stellen eine kleine Zellpopulation dar (1-5% der peripheren Blutzellen), die hauptsächlich für die Regulierung von Immunreaktionen verantwortlich ist. In der vorliegenden Arbeit wurden diese Zellen gemeinsam mit Stammzellen syngen und allogen kotransplantiert, um ihren Effekt auf das Anwachsen der Spenderzellen und die Rekonstitution der Hämatopoese nach Ganzkörperbestrahlung zu untersuchen. Es wurden humanisierte dreifach transgene Empfängermäuse (C57Bl/6-TTG) verwendet (human CD4+, murin CD4-, human HLA-DR+), wodurch sowohl bei syngener als auch bei allogener Transplantation eine Unterscheidung zwischen Spender- und Empfängerzellen möglich ist. Zunächst wurden CD4+CD25+ T-Zellen durch Separation aus Milzzellen bzw. Buffy Coats gewonnen und in vitro mittels Durchflusszytometrie und ELISpot charakterisiert. Anschließend fanden syngene und allogene Transplantationen mit einer Laufzeit von 61 Tagen statt. Überleben und Gewicht wurden täglich ermittelt und außerdem wurden wöchentlich Blutbilder erstellt und durchflusszytometrische Chimärismusanalysen (murines und humanes CD4, CD8, MHC (H2Db, H2Kd)) durchgeführt. Durch die magnetische Separation konnte die FoxP3-Expression der murinen Zellen (Transplantat) von 1,6% in der Ausgangspopulation auf 68,5% in der CD4+CD25+ Population gesteigert werden. In den ELISpot-Assays zeigten diese separierten Zellen, wie für Tregs typisch, keine Produktion von Interleukin-2. Nach syngener Transplantation (Spender: wildtyp C57Bl/6) von 2x106 Knochenmarkzellen und 1x106 CD4+CD25+ T-Zellen überlebten 100% der Tiere, wie zu erwarten war. Dabei setzte bei Tregs-kotransplantierten Tieren die Blutbildung nach bestrahlungsbedingter Leukozytopenie aufgrund bisher nicht bekannter Mechanismen früher wieder ein und der Donor-Zell-Chimärismus war an Tag 19 nach Transplantation signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Dies zeigt, dass regulatorische T-Zellen im syngenen Transplantationsmodell einen positiven Effekt auf die Akzeptanz bzw. das Anwachsen des Transplantats haben. Dieses Modell entspricht klinisch einer autologen Transplantation. Nach einer knochenmarkzerstörenden Therapie werden dem Patienten eigene Stammzellen reinfundiert, um die Blutbildung und das Immunsystem wieder in Gang zu bringen. Der Zusatz von regulatorischen T-Zellen zum autologen Stammzelltransplantat könnte das Anwachsen der Zellen beschleunigen und die gefährliche Phase der Immunsuppression, in der es häufig zu Sekundärinfektionen kommt, verkürzen. Die Transplantation der gleichen Zahl von allogenen Spenderzellen (wildtyp Balb/c) führte überraschend zum Tod aller dreifach transgenen Empfängertiere. Der Vergleich zu Experimenten mit wildtyp C57Bl/6-Empfängertieren zeigte, dass dreifach transgene Mäuse sehr viel höhere Zellzahlen im Transplantat zum Überleben benötigen (Daten nicht gezeigt). Das Ausbleiben der Blutbildung nach der Bestrahlung führte zu vermindertem Allgemeinbefinden, gestörter Futter- und Wassseraufnahme und Exsikkose bis zum Tod bzw. aus Tierschutzgründen zur Euthanasie. Durch Erhöhung der Zellzahl im Transplantat auf 1x107 Knochenmark + 5x106 Milzzellen überlebten 25% der Mäuse, bei 3x107 Knochenmark + 5x106 Milzzellen waren es 50%. Anders als im syngenen Modell führte die Kotransplantation 1,5x106 allogener CD4+CD25+ T-Zellen zu 3x107 Knochenmark + 5x106 Milzzellen zum Versterben der Tiere. Dies verdeutlicht, dass regulatorische T-Zellen in diesem allogenen Transplantationsmodell das Anwachsen des Transplantats behindern (Transplantatversagen). Hier gilt es zu klären, ob dieser Effekt spezifisch für die gewählten Mausstämme ist und welche Mechanismen für das Transplantatversagen verantwortlich sind. In einem dreifach transgenen Mausmodell konnte ein positiver Effekt von regulatorischen T-Zellen auf die Rekonstitution der Hämatopoese bei syngener Kotransplantation nachgewiesen werden. Im allogenen Transplantationsmodell hingegen führte die Kotransplantation CD4+CD25+ T-Zellen zum Versterben der Empfänger. Der beschriebene und schon publizierte positive Effekt spenderspezifischer Tregs zur Behandlung von Graft versus Host Disease nach allogener Stammzelltransplantation widerspricht diesen Ergebnissen nicht, da es bei diesen Patienten schon zum Engraftment von hämatopoetischen Stammzellen gekommen ist. Dies hat weitreichende Konsequenzen für die therapeutische Anwendung regulatorischer T-Zellen bei hämatologischen Erkrankungen in der Human- und Veterinärmedizin. / Regulatory CD4+CD25+ T cells (Tregs) represent a small cell population (1-5% of peripheral blood cells) mainly responsible for the regulation of the immune system. In the present work, these cells were cotransplanted with syngeneic and allogeneic stem cells in order to analyze the effect of Tregs on the reconstitution of hematopoiesis after total body irradiation. Humanized triple transgenic hosts (C57Bl/6-TTG) (human CD4+, murine CD4-, human HLA-DR+) were applied allowing differentiation of donor and host cells in syngeneic and allogeneic transplantation settings. Murine and human CD4+CD25+ T cells were magnetically separated out of splenocytes or buffy-coats and characterized in vitro by means of flow cytometry and ELISpot. Afterwards syngeneic and allogeneic transplantation experiments were performed for a period of 61 days. Survival and weight were assessed daily and once a week blood parameters and chimerism analyses (murine and human CD4, CD8, MHC (H2Db/ H2Kd)) were carried out. FoxP3 expression increased from 1,6% in the initial murine cell fraction to 68,5% in the separated CD4+CD25+ T cells. ELISpot assays showed the typical lack of interleukin 2 production of Tregs. After syngeneic transplantation (donor: wildtype C57Bl/6) of 2x106 bone marrow cells and 1x106 CD4+CD25+ T cells, 100% of mice survived what was to be expected. Cotransplanted animals showed earlier reconstitution of hematopoiesis after leukocytopenia and significant higher donor-cell-chimerism on day 19 after transplantation. The mechanisms for this positive effect of Tregs in syngeneic transplantation on the engraftment have to be investigated. This model clinically correspond an autologous transplantation where patients are treated with their own stem cells after a myeloablative treatment (chemotherapy or irradiation). The addition of regulatory T cells to the transplant could accelerate the engraftment and shorten the risky period of immunosuppression. Injection of the same numbers of allogeneic cells (donor: wildtype Balb/c) did not preserve hosts from mortality. Compared to experiments with wildtype recipients, results showed that triple transgenic mice need much higher cell numbers in the transplant for survival (data not shown). The failure of hematopoiesis after irradiation led to reduced general condition, disordered ingestion and exsikkosis leading to death respectively to euthanasia for reasons of protection of animals. By scaling up the cell number in the inoculum to 1x107 bone marrow cells + 5x106 splenocytes 25% of mice survived, with 3x107 bone marrow cells + 5x106 splenocytes survival was 50%. In contrast to syngeneic experiments, cotransplantation of 1,5x106 allogeneic CD4+CD25+ T cells and 3x107 bone marrow cells + 5x106 splenocytes did not prevent animals from mortality. In this allogeneic transplantation model Tregs restrain engraftment (graft failure). It has to be clarified if this effect is specific for the utilized mouse strains and which mechanisms are responsible for the graft failure. In the syngeneic triple transgenic mouse model cotransplantation of CD4+CD25+ T cells showed a positive effect on reconstitution of hematopoiesis after irradiation. In the allogeneic setting however cotransplantation of allogeneic regulatory T cells avoided the engraftment of transplanted cells. The described and published effect of donor-specific Tregs for treatment of graft versus host disease after allogeneic transplantation does not contradict the presented results because treated patients already possessed engrafted hematopoietic stem cells. The results have wide consequences for the therapeutic appliance of regulatory T cells in hematological diseases in human and veterinary medicine.

Die Lebertransplantat-Spontantoleranz ist eines der immunologisch beeindruckensten Phänomene. Die Fähigkeit, Toleranz für sich selbst und auch für mittransplantierte Organe über die MHC Barriere hinweg zu induzieren, ist einzigartig. Dies steht im Gegensatz zum zentralen Dogma der Transplantationsimmunologie, wonach MHC differente Organe nach Transplantation ohne Immunsuppression irreversibel zerstört werden. Ziel der Arbeit war, die verschiedenen intrahepatischen CD4+ T-Lymphozyten durchflusszytometrisch zu charakterisieren und eine in vitro Aktivierung naiver Leukozyten mit der in vivo zu vergleichen. Dies wurde mit der Fragestellung verknüpft, ob es einen möglichen Phänotyp regulatorischer intrahepatischer T-Lymphozyten gibt, der für die Induktion von Spontantoleranz verantwortlich ist. Auch wurde das Zytokinmuster dieser intrahepatischen T-Lymphozyten bestimmt, um eine mögliche funktionelle Aussage treffen zu können. Für die Versuche wurden Lebertransplantationen von Lewis-Spendertieren (LEW) auf Dark Agouti (DA) Empfänger durchgeführt. Die Transplantate wurden dauerhaft (> 300 Tage p.op.) spontan, d.h. ohne Immunsuppression toleriert. Andere vaskularisierte Organe, wie z.B. Herzen, wurden von DA-Empfängern abgestoßen. Die intrahepatischen und Milz T-Lymphoyzten wurden an den Tagen 3, 30 und 100 nach Transplantation untersucht. Unmittelbar nach Lebertransplantation kam es zu einem massiven Anstieg der intrahepatischen Leukozyten. Das Leberinfiltrat wurde dabei von aktivierten CD4+ T-Lymphozyten dominiert (ca. 23 Prozent CD4+CD45RCneg T-Lymphozyten), von denen ca. 50 Prozent den IL-2 Rezeptor exprimierten. Als Zeichen einer intrahepatischen Immunantwort wurde gewertet, dass das Verhältnis aktivierter CD4+CD45RCneg zu ruhenden CD4+CD45RCpos T-Lymphozyten dynamisch war. Zur funktionellen Charakterisierung der verschiedenen Populationen an CD4+ T-Lymphozyten wurden die Zytokinmuster dieser Zellen mit zwei verschiedenen Verfahren bestimmt. Zum einen wurden die sezernierten Zytokine INF-gamma, TNF-alpha, IL-10 und IL-13, zum anderen deren spezifische mRNAs semiquantitativ nachgewiesen. Für die sezernierten Zytokine waren keine wesentlichen Unterschiede zwischen den beiden Subpopulationen nachzuweisen. Bei der Analyse der mRNA-Transkription zeigte sich jedoch, dass die CD4+CD45RCneg T-Lymphozyten stärker die Th2-Zytokine IL-10 und IL-13 exprimierten, während die CD4+CD45RCpos T-Lymphozyten stärker die Th1-Zytokine INF-gamma, TNF-alpha exprimierten. In dieser Arbeit wurde zudem gezeigt, dass die CD4+CD45RCpos und CD4+CD45RCneg T-Lymphozyten jeweils heterogene Zellpopulationen sind, die noch in CD4posCD45RCpos, CD4hochposCD45RChochpos, CD4posCD45RCneg und CD4hochposCD45RCneg T-Lymphozyten differenziert werden können. Die CD4hochposCD45RChochpos repräsentieren dabei mit großer Wahrscheinlichkeit naive T-Lymphozyten, wohingegen die CD4hochposCD45RCneg aktivierte T-Lymphozyten darstellen. Wir gehen davon aus, dass die CD4posCD45RCpos T-Lymphozyten auch ruhende Gedächtniszellen und die CD4posCD45RCneg T-Lymphozyten auch aktivierte Gedächtniszellen enthalten. Der Nachweis intrahepatischer Gedächtnis T-Lymphoyzten zeigt, dass die Leber immunologisch ein überaus interessantes Organ repräsentiert. Ihre Fähigkeit zur Induktion von Spontantoleranz ist einzigartig, so dass von diesem Organ weitere grundlegende Erkenntnisse zum Phänomen der Toleranz erwartet werden. / Summary of Paul Schmitz’s thesis with the title “Mechanisms of immunological tolerance after liver transplantation: Analysis of the cytokine pattern of intrahepatic CD4+ CD45pos and CD4+ CD45RCneg T lymphocytes” Without the requirement for immunosuppression liver allografts of some rat strain combinations are spontaneously accepted despite a complete mismatch of molecules of the major histoincompatibility complex (MHC). Furthermore, liver grafts may induce immunological tolerance to a subsequent heart, kidney or skin graft from the same donor. Without liver grafts these organs are destroyed by the recipient’s immune system. The survival of liver grafts is, however, not related to a failure of the recipient to mount an immunological response against donor MHC molecules. An immune-mediated damage of the transplanted livers with an accompanying infiltrate and up-regulation of pro-inflammatory cytokines is temporarily observed. This is in contrast to the well-established maxim of transplantation immunology that rejection will occur when donor and recipient transplantation antigens are mismatched, especially those encoded by MHC. The liver contains a large population of resident and migratory T lymphocytes. Since T lymphocytes mediate both rejection and tolerance, the aim of the study was to phenotype intrahepatic CD4+ T lymphocytes by flow cytometry. In addition, secreted cytokines as well as cytokine-specific mRNA were analysed. With these investigations we wanted to identify an intrahepatic T cell subpopulation with regulatory properties. For the orthotopic liver transplantation we used rats of the inbred strains Lewis, as donors, and Dark Agouti, as recipients. The liver grafts in this strain combination survived permanently (>300 days), although heart grafts from the same donor were rejected. T lymphocytes isolated from liver grafts and spleens were analysed on days 3, 30, and 100 after transplantation. The amount of immune cells from the recipient increased dramatically in liver allografts within 3 days after transplantation. With approximately 23% activated CD4+ CD45RCneg dominated this infiltrate and the ratio of activated CD4+CD45RCneg and rested CD4+CD45RCpos increased. This observation was interpreted as an intrahepatic immune response mediated by infiltrated immune cells. The presence of the cytokines INF-gamma, TNF-alpha, IL-10 und IL-13 was analysed in the supernatant of isolated intrahepatic T incubated for 3 days in vitro. Cytokine-specific mRNA was semiquantified by ELISA-PCR. The supernatants did not demonstrate any differences between both subpopulations. In contrast, the results of the ELISA-PCR revealed increased mRNA levels of the Th2 cytokines IL-10 and IL-13 for CD4+CD45RCneg T lymphocytes and increased levels of the Th1 cytokines INF-gamma and TNF-alpha for CD4+CD45RCpos T lymphocytes. In the present study it was also shown that both populations of CD4+CD45RCpos (rested) and CD4+CD45RCneg (activated) T lymphocytes were heterogeneous and divisible into CD4posCD45RCpos, CD4strong pos CD45RCstrong pos and CD4pos CD45RCneg, CD4strong posCD45RCneg T cells by flow cytometry. The CD4strong pos CD45RCstrong pos T cells may also represent naïve T cells, whereas the CD4strong pos CD45RCneg may be a certain type of activated T cells. We have evidence that rested memory T lymphocytes are located within the population of CD4pos CD45RCpos T lymphocytes and activated memory T lymphocytes are present within the population of CD4pos CD45RCneg T lymphocytes. The proof of intrahepatic memory T cells indicates that the liver represents an immunologically important organ. Its ability to induce spontaneous tolerance in many fully mismatched donor recipient combinations is unique and additional studies are necessary to further explore the true potential of intrahepatic T cells for tolerance induction.

Les cellules T régulatrices Foxp3+ (Treg) représentent une sous-population T CD4 cruciale pour le maintient de l'immuno-tolerance. Mieux comprendre la biologie des Treg, leur hétérogénéité, leur développement, leur mécanisme d’action et les facteurs assurant leur survie en périphérie reste un objectif majeur. L'objectif de ce travail de thèse était de mieux définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de l’homéostasie Treg et d’évaluer l’éventuelle contribution des perturbations de l’homéostasie Treg en pathologie humaine.Dans la première partie de ce travail de thèse nous avons essayé de finalement définir dans le modèle murin le rôle joué par l'IL-7 dans le contrôle de l’homéostasie Treg. Nous avons montré que l'expression de CD127, la chaîne alpha du récepteur à l'IL-7, est finement régulée à la surface des Treg et qu'elle dépend de leur activation ainsi que de leur localisation tissulaire. Nous avons démontré que l’expression de CD127 par les Treg activées est fonctionnelle, identifiant ces cellules comme cibles potentiels de l'IL-7. En utilisant des modèles murins présentant une altération de la voie de signalisation IL-7/IL-7R et des modèles de transfert adoptif, nous avons obtenu une démonstration définitive du rôle direct de l'IL-7 dans la régulation du nombre de cellules Treg. Enfin, nous avons démontré que la signalisation IL-7 optimise la capacité de ces cellules de réagir à l'IL-2, une cytokine importante dans la régulation de l’homéostasie Treg. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié l’homéostasie Treg dans le contexte de l'infection par le VIH. Cette étude a bénéficié de l’accès à des patients au cours de la primo infection et des HIV contrôleurs. Nous avons montré que les Treg effecteurs plus que les Treg naïves sont affectés par l'infection par le VIH. De plus, nous avons montré que le nombre des effecteurs Treg corrélant inversement avec les réponses T CD8 spécifiques, offrant une preuve ex vivo de l'implication des Treg dans l'immunité anti-VIH. / Regulatory T cells (Treg) represent a crucial CD4 T cells subset involved in maintenance of immune-tolerance. Since their first description important efforts have been undertaken to better understand their biology, their development and their mechanisms of action. However, little is known about factors controlling Treg peripheral homeostasis. The aim of this thesis work was to better define mechanisms involved in governing Treg homeostasis and to investigate the eventual contribution of perturbation of Treg homeostasis in human disease. In the first part of this thesis work we tried to define in the murine system the role played by IL-7 in governing Treg homeostasis. We showed that Treg surface expression of CD127, the IL-7 receptor alpha chain, is finely regulated as it depends on their activation as well as on their tissue localization. More importantly, we demonstrated that Treg do express functional levels of CD127, identifying these cells as potential target of IL-7. Using both genetically modified murine models of altered IL-7 signaling and adoptive transfer models, we obtained definitive evidence for a direct role of IL-7 in governing Treg cell numbers. Finally, we demonstrated that IL-7 signaling in Treg optimizes their capacity to react to IL-2 an important cytokine regulating Treg homeostasis. In the second part of this work we investigated Treg homeostasis in the context of HIV infection. Employing for the first time in HIV infection a novel consensus Treg identification strategy and applying it to different groups of HIV infected patients, including primary infected patients and HIV controllers, we showed that HIV infection is characterized by an early and long lasting alteration of Treg homeostasis. In particular we demonstrated that effector rather than naive Treg are affected by HIV infection. Moreover, we showed that effector Treg numbers inversely correlated with HIV specific CD8 T cells responses, providing ex vivo evidence of Treg involvement in HIV immunity.

Tregs dienen zur Aufrechterhaltung der Balance im Immunsystem. Die Infektion, Aktivierung oder Induktion von Tregs durch Pathogene kann diese Balance empfindlich stören, eine Immunsuppression zur Folge haben und zur Ausbildung von Autoimmunerkrankungen oder Persistenzen beitragen. Das MV verfügt nicht nur über vielfältige Mechanismen der Immunsuppression, während einer MV-Infektion herrschen zudem Bedingungen vor, welche die Zahl und Aktivität von Tregs beeinflussen könnten. Aufgrund der Expression von Reifungsmarkern auf Trn ist zudem eine präferenzielle Infektion dieser Zellpopulation denkbar. MV-Infektionen können sowohl die akute MV-Enzephalitis, eine Autoimmunerkrankung, nach sich ziehen, als auch die Persistenz SSPE ausbilden. Ob diese Komplikationen mit spezifischen Aberrationen in der Menge und Aktivität von Tregs im Zusammenhang stehen, war bisher nicht bekannt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass auf unstimulierten Trn der Reifungsmarker und MV-Rezeptor CD150 exprimiert wird und es in Folge dessen in vitro zu einer präferentiellen nicht produktiven Infektion und Depletion von Trn kommt. Ex vivo ließ sich ein deutlicher Depletionseffekt während der frühen akuten MV-Enzephalitis nachweisen, der nach Vaczinierung eines gesunden Probanden und Challenge eines immunisierten Affen nicht auftrat. Ob dieser Depletionseffekt ursächlich für die Enzephalitis ist, oder es sich um einen Begleiteffekt handelt ließe sich an Modellorganismen durch mitogene Manipulation der Trn während einer MV-Infektion untersuchen. Auch bei SSPE kann es zu einer Depletion von Trn kommen, dies scheint jedoch nicht mit der Progression dieser Erkrankung im Zusammenhang zu stehen. Wahrscheinlich ist dagegen ein Zusammenhang mit der Induktion von Tregs. In MV-stimulierten Proben von SSPE-Patienten wurde im Mittel signifikant mehr IL-10 exprimiert als in den Kontrollen. In Proben seropositiver gesunder Spender wurde IL-10 in den ersten Stunden nach MV-Stimulation fast ausschließlich von induzierten Tregs exprimiert. Weitere Versuche sind nötig, um die Evidenz zu steigern und zu ermitteln, ob auch in Patientenproben die frühe IL-10 Expression nach MV-Stimulation von induzierten Tregs dominiert wird. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass es sowohl bei der MV-Enzephalitis als auch bei SSPE zu signifikanten Wechselwirkungen mit Tregs kommt. Ob sich eine MV-Enzephalitis auch ohne Depletion von Trn ausbilden kann und ob die Ausbildung von SSPE erhöhte IL-10 Expression voraussetzt, werden weitere Untersuchungen ergründen müssen. / Treg are supposed to keep the balance throughout the immune system. Infection, activation and induction of Treg by pathogens can interrupt with this balance. Immunosuppression autoimmunity and viral persistence can result from this interference. MV does not only cause immunosuppression during infection by multifaceted mechanisms, but also effects circumstances known to interfere with the frequency and activity of Treg. Due to the expression of maturity markers on the surface of Trn a preferential infection of this cell population by MV seems possible. MV-infection can involve both, acute MV-encephalitis, an autoimmune disease, and the virus persistence SSPE. It was not investigated until now, if thous complications are associated to specific aberrations in the frequency and activity of Treg. In this paper it was demonstrated that CD150, which is both a maturity marker and a MV-receptor, is expressed on unstimulated Trn. Due to this expression the Trn are infected preferentially and non productively in vitro leading to apoptosis. Ex vivo a noticeable depletion effect was detected during the early acute MV-encephalitis. This effect did not accure after vaccination of a healthy proband, and the challenge of an immunised monkey. Mitogenic manipulation of Trn in model organisms during MV-infection could give advice, if this depletion effect is causal to MV-Encephalitis or rather a concomitant effect. Depletion of Trn can also arise in the presence of SSPE, but this seems not to interfere with the progression of disease. By contrast there is presumable an interrelation of SSPE with the induction of Tregs. In MV-stimulated probes from SSPE-patients the median IL-10 expression was significantly higher than in controls. Probes from seropositive healthy donators were used to identify the IL-10 expressing cells. During the first hours after MV-stimulation IL-10 was mainly expressed by induced Treg. Subsequent investigations are necessary to enhance the evidence and to determine if induced Treg also dominate the early IL-10 expression after MV-stimulation in patient probes. To give a resume you could claim that there are significant interrelations between MV-encephalitis respectively SSPE and Treg. If a depletion of Trn is necessary for the development of MV-encephalitis and if increased levels of IL-10 expression are required for the formation of SSPE has to be examined in further experiments.

This thesis describes generation and characterization of Affibody molecules with future applications in proteomics research, protein structure determinations, therapeutic treatment of disease and medical imaging for in vivo diagnostics. Affibody molecules are engineered affinity proteins developed by combinatorial protein engineering from the 58-residue protein A-derived Z domain scaffold. Novel Affibody molecules targeting human proteins were selected from a combinatorial library using phage display technology. In the first two investigations, an Affibody molecule specifically targeting the high abundant human serum protein transferrin was generated. The intended future use of this Affibody ligand would be as capture ligand for depletion of transferrin from human samples in proteomics analysis. Strong and highly specific transferrin binding of the selected Affibody molecule was demonstrated by biosensor technology, dot blot analysis and affinity chromatography. Efficient Affibody-mediated depletion of transferrin in human plasma and cerebrospinal fluid (CSF) was demonstrated in combination with IgG and HSA removal. Furthermore, depletion of five high abundant proteins including transferrin from human CSF gave enhanced identification of proteins in a shotgun proteomics analysis. Two studies involved the selection and characterization of Affibody molecules recognizing Alzheimer’s amyloid beta (Abeta) peptides. Future prospect for the affinity ligands would primarily be for therapeutic applications in treatment of Alzheimer’s disease. The developed A-binding Affibody molecules were found to specifically bind to non-aggregated forms of Abeta and to be capable of efficiently and selectively capture Abeta peptides from spiked human serum. Interestingly, the Abeta-binding Affibody ligands were found to bind much better to Abeta as dimeric constructs, and with impressive affinity as cysteine-bridged dimers (KD~17 nM). NMR spectroscopy studies revealed that the original helix one, of the two Affibody molecules moieties of the cysteine-bridged dimers, was unfolded upon binding, forming intermolecular β-sheets that stabilized the Abeta peptide, enabling a high resolution structure of the peptide. Furthermore, the Abeta-binding Affibody molecules were found to inhibit Abeta fibrillation in vitro. In the last study, Affibody molecules directed to the interleukin 2 (IL-2) receptor alpha (CD25) were generated. CD25-binding Affibody molecules could potentially have a future use in medical imaging of inflammation, and possibly in therapeutic treatment of disease conditions with CD25 overexpression. The selected Affibody molecules were demonstrated to bind specifically to human CD25 with an apparent affinity of 130-240 nM. Moreover, the CD25-targeting Affibody molecules were found to have overlapping binding sites with the natural ligand IL-2 and an IL-2 blocking monoclonal antibody. Furthermore, the Affibody molecules demonstrated selective binding to CD25 expressing cells. / QC 20100729