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Dendritic cells (DC) constitute a heterogeneous leukocyte population having in common a unique capacity to induce primary T cell responses and are therefore most attractive candidates for immunomodulatory strategies. Two populations of blood DC (CD11c+ CD123dim and CD11c– CD123high) have been defined so far. However, their direct isolation for experimental purposes is hampered by their low frequency and by the lack of selective markers allowing large scale purification from blood. Here we describe the monoclonal antibody (mAb) M-DC8, which was generated by immunizing mice with highly enriched blood DC. This mAb specifically reacts with 0.2–1% of blood leukocytes and enables their direct isolation by a one-step immunomagnetic procedure from fresh mononuclear cells. These cells can be differentiated from T cells, B cells, NK cells and monocytes using lineage-specific antibodies. M-DC8+ cells express HLA class II molecules, CD33 and low levels of the costimulatory molecules CD86 and CD40. Upon in vitro culture M-DC8+ cells spontaneously mature into cells with the phenotype of highly stimulatory cells as documented by the upregulation of HLA-DR, CD86 and CD40; in parallel CD80 expression is induced. M-DC8+ cells display an outstanding capacity to present antigen. In particular, they proved to be excellent stimulators of autologous mixed leukocyte reaction and to activate T cells against primary antigens such as keyhole limpet hemocyanin. Furthermore, they induce differentiation of purified allogeneic cytotoxic T cells into alloantigen-specific cytotoxic effector cells. While the phenotypical analysis reveals similarities with the two known blood DC populations, the characteristic expression of Fc=γRIII (CD16) and the M-DC8 antigen clearly defines them as a novel population of blood DC. The mAb M-DC8 might thus be a valuable tool to determine circulating DC for diagnostic purposes and to isolate these cells for studies of antigen-specific T cell priming. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Parapoxvirus ovis (PPVO) is known for its immunostimulatory capacities and has been successfully used to generate vector vaccines effective especially in non-permissive host species. Murine conventional and plasmacytoid dendritic cells (cDC and pDC) are able to recognize PPVO. The PPVO-sensing receptor on pDC is hitherto unknown. In this study we aimed to define the pattern recognition receptor responsible for the activation of murine pDC by inactivated and replication-competent PPVO. We show that PPVO-induced expression of type I and type III interferons, pro-inflammatory cytokines, and costimulatory CD86 by bone marrow-derived pDC but not cDC is blocked by chloroquine, an inhibitor of endosomal maturation. The activation of pDC is independent of viral replication and depends mainly on TLR9. Moreover, the use of phosphatidylinositol 3-kinase inhibitor wortmannin or C-Jun-N-terminal kinase inhibitor SP600125 results in significant reduction of PPVO-induced pDC activation. Taken together, our data identify endosomal TLR9 as PPVO-sensing receptor in pDC.

Plasmacytoid dendritic cells (pDC) constitute a very rare blood cell population and play a significant role in immune response and immune-mediated disorders. Investigations on primary pDCs are hindered not only due to their rarity but also because they represent a heterogeneous cell population which is difficult to culture ex vivo. We generated a conditionally immortalized pDC line (Dox-pDC) from mice with Doxycycline-inducible SV40 Large T Antigen with a comparable immune profile to primary pDCs. The Dox-pDC secrete pro- and anti-inflammatory cytokines upon Toll-like receptor 9 stimulation and upregulate their MHCI, MHCII and costimulatory molecules. Further, the Dox-pDC activate and polarize naïve T cells in vivo and in vitro in response to the model antigen Ovalbumin. Due to their long-term culture stability and their robust proliferation Dox-pDC represent a reliable alternative to primary mouse pDC.

Plasmacytoid dendritic cells (pDC) constitute a very rare blood cell population and play a significant role in immune response and immune-mediated disorders. Investigations on primary pDCs are hindered not only due to their rarity but also because they represent a heterogeneous cell population which is difficult to culture ex vivo. We generated a conditionally immortalized pDC line (Dox-pDC) from mice with Doxycycline-inducible SV40 Large T Antigen with a comparable immune profile to primary pDCs. The Dox-pDC secrete pro- and anti-inflammatory cytokines upon Toll-like receptor 9 stimulation and upregulate their MHCI, MHCII and costimulatory molecules. Further, the Dox-pDC activate and polarize naïve T cells in vivo and in vitro in response to the model antigen Ovalbumin. Due to their long-term culture stability and their robust proliferation Dox-pDC represent a reliable alternative to primary mouse pDC.

Bis heute sind die beiden Ratten-Cytomegalovirus (RCMV)-Isolate RCMV-England (RCMV-E) und RCMV-Berlin (RCMV-B) die einzig bekannten Viren, die ein Homolog von XCL1 kodieren, einem g-Chemokin, das vom Virus kopiert wurde um das Chemokin-Netzwerk des Wirts zu beeinträchtigen. Wie das Wirtshomolog lockt vXCL1 ausschließlich dendritische Zellen (DC) an, die den XC-Chemokinrezeptor 1 (XCR1) exprimieren. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit RCMV die XCL1-XCR1-Achse nutzt, um DC zu infizieren und sich im Wirt auszubreiten. In der Ratte konnten zwei DC-Hauptpopulationen identifiziert werden, XCR1+ CD4- und XCR1- CD4+ DC. Es konnte gezeigt werden, dass Überstände von RCMV-infizierten embryonalen Rattenfibroblasten ausschließlich die XCR1+ CD4- Population anlocken. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass RCMV DC infiziert. Durch die Anreicherung wurden DC aktiviert. Während der Infektion inhibierte RCMV die Hochregulation von Reifungsmarkern, einschließlich CD40, CD86 und CCR7. Unabhängig von vXCL1 scheint RCMV die DC-Funktionalität durch das Herunterregulieren von Reifungsgenen zu lähmen. Um die Rolle von XCR1 und die Funktion von vXCL1 in vivo zu analysieren, wurden Xcr1+/+ und Xcr1-/- Ratten mit RCMV-B wt und RCMV-B D-vxcl1 infiziert. Während das XCR1- Expressionsniveau einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der RCMV-Verbreitung in den Speicheldrüsen hatte, führte das Fehlen von vXCL1 zu einer starken Abnahme der Virusausbreitung. Die DC-Migration in die Speicheldrüsen war sowohl von vXCL1 als auch von XCR1 abhängig und war reduziert, wenn vXCL1 und XCR1 nicht vorhanden waren. Während der Infektion wurden CD8+ T-Zellen in die Speicheldrüsen rekrutiert. Diese Migration blieb jedoch aus, wenn Xcr1+/+ Ratten mit RCMV-B D-vxcl1 infiziert wurden. Zusammenfassend besitzt RCMV die Fähigkeit DC unabhängig von der vXCL1-Expression zu infizieren. RCMV verwendet vXCL1, um XCR1+ DC anzulocken, was entscheidend für die Virusausbreitung in die Speicheldrüsen zu sein scheint. / To date, the two Rat Cytomegalovirus (RCMV) isolates RCMV-England (RCMV-E) and RCMV-Berlin (RCMV-B) are the only known viruses that encode a homolog of XCL1, a gamma- chemokine adopted by viral piracy to interfere with the host’s chemokine network. Like its host homolog, vXCL1 exclusively attracts dendritic cells (DC) that express the XC chemokine receptor 1 (XCR1). In this work, it was investigated whether RCMV misuses the XCL1-XCR1 axis to infect DC in order to disseminate within the host. Initially, rat DC phenotyping revealed two major DC populations, XCR1+ CD4- DC and XCR1- CD4+. It could be shown that supernatants of RCMV-infected rat embryonic fibroblasts solely attracted the XCR1+ CD4- population. Moreover, RCMV was able to infect and replicate in DC. Due to digestion of the spleen and leukocyte enrichment DC became activated leading to full maturation 24 h after cell isolation. During infection, RCMV inhibited the upregulation of several maturation markers including CD40, CD86 and CCR7 and also led to reduced expression of MHCII, CD4 and XCR1. Regardless of vXCL1, RCMV appears to paralyze DC functionality by downregulating maturation genes. In order to analyze the role of XCR1 and vXCL1 function in vivo, Xcr1+/+ and Xcr1-/- rats were infected with RCMV-B wt and RCMV-B delta-vxcl1. Whereas the XCR1 expression level had an influence on the pace of RCMV-B wt dissemination to the salivary glands, the absence of vXCL1 led to a strong decrease in viral spread. DC migration to the salivary glands was dependent on vXCL1 as well as XCR1 and was markedly reduced when vXCL1 and XCR1 were not present. During infection, CD8+ T cells were recruited to the salivary glands, however, this migration was missing when Xcr1+/+ rats were infected with RCMV-B delta-vxcl1. In conclusion, RCMV has the ability to infect DC regardless of vXCL1 expression. RCMV uses vXCL1 to attract XCR1+ DC which appears to be important for viral dissemination to the salivary glands.

Parapoxvirus ovis (PPVO) is known for its immunostimulatory capacities and has been successfully used to generate vector vaccines effective especially in non-permissive host species. Murine conventional and plasmacytoid dendritic cells (cDC and pDC) are able to recognize PPVO. The PPVO-sensing receptor on pDC is hitherto unknown. In this study we aimed to define the pattern recognition receptor responsible for the activation of murine pDC by inactivated and replication-competent PPVO. We show that PPVO-induced expression of type I and type III interferons, pro-inflammatory cytokines, and costimulatory CD86 by bone marrow-derived pDC but not cDC is blocked by chloroquine, an inhibitor of endosomal maturation. The activation of pDC is independent of viral replication and depends mainly on TLR9. Moreover, the use of phosphatidylinositol 3-kinase inhibitor wortmannin or C-Jun-N-terminal kinase inhibitor SP600125 results in significant reduction of PPVO-induced pDC activation. Taken together, our data identify endosomal TLR9 as PPVO-sensing receptor in pDC.

Dendritic cells (DCs) are professional antigen-presenting cells, which display an extraordinary capacity to induce T-cell responses. Recent findings revealed that DCs also play a crucial role in the activation of natural killer (NK) cells representing important effectors in the innate immune defense against viruses and tumors. Here, we summarize various studies investigating the bidirectional crosstalk between human DCs and NK cells. In this context, it has been reported that DCs efficiently enhance CD69 expression, proliferation, interferon (IFN)-γ secretion and cytotoxic activity of NK cells. Cell membrane-associated molecules as well as soluble factors such as interleukin-12, tumor necrosis factor-α and type I IFNs contributed to DC-mediated NK cell activation. Reciprocally, the ability of human NK cells to enhance the immunostimulatory capacity of DCs was shown. Thus, NK cells promoted the maturation of DCs and markedly augmented their capacity to produce proinflammatory cytokines and to stimulate T-cell responses. The NK cell-mediated effects on DCs were dependent on cell membrane-associated molecules such as NKp30 and soluble factors such as tumor necrosis factor-α and IFN-γ. In conclusion, the reciprocal activating interaction between human DCs and NK cells may play a pivotal role in the immune defense against viruses and tumors. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

The design of versatile biohybrid nanosized materials has revealed itself as a promising avenue towards biomedical applications in today´s life sciences. In this regard the combination of components of synthetic and natural origin facilitates an applicability which is supposed to be far beyond the sum of their single components. These biohybrid structures (BHS) can be built by a huge variety of building blocks including solid or soft nanoparticles, peptides/proteins, polynucleotides or low molecular weight drugs. Along with the latter the attachment of biologically active entities or imaging moieties, e. g. enzymes, fluorescence markers or targeting motifs display thereby a key step towards the development of carrier systems for drug delivery purposes. Among the soft nanoparticles especially dendritic polymers such as perfectly branched dendrimers or hyperbranched polymers are considered as ideal building blocks, since they allow an easy tailoring of crucial properties such as solubility, biocompatibility or bioactivity by means of surface functionalization. Especially in the field of targeted drug delivery the crucial role of sizes and size distributions of carriers has been highlighted recently, since it critically influences important factors such as circulation time or biodistribution within the body. The ability of avidin to form high molecular weight associates with biotinylated macromolecules as well as its inherent properties makes it a suitable candidate for passive and active targeting in combination with biotinylated (bio-)polymers. Furthermore, along with the covalent attachment of bioactive moieties, non-covalent attachment is a frequently used approach, because it is assumed to only require stoichiometric mixing. In context of the latter molecular recognition processes such as the avidin-biotin, β-cyclodextrin-adamantane or Ni(II)-NTA-histidine-tag interactions have shown to be fruitful strategies for the attachment of bioactive entities. The overall aim of this work was to fabricate BHS based on dendritic glycopolymers with varied sizes in the nano- and micrometer range as models for biomedical applications e. g. carriers for drug delivery. Therefore the molecular recognition of avidin with biotin derivatives and β-cyclodextrin with adamantane derivatives was utilized in order to tailor final sizes, functionality or catalytic activity of those BHS.

Das multiple Myelom ist eine seltene maligne Knochenerkrankung bei insbesondere älteren Menschen. Dabei vermehren sich im Knochenmark in hohem Maße unkontrolliert entartete Plasmazellen. Diese Myelomzellen unterdrücken einerseits die Bildung von normalen Plasmazellen, andererseits wird das Gleichgewicht zwischen Knochenaufbau und –abbau empfindlich gestört, woraus eine erhöhte Knochenresorption resultiert. Neben den bisher angewandten Chemo- und Strahlentherapien gewinnen innovative Medikamente, wie Proteasominhibitoren und Bisphosphonate, in der Therapie an Bedeutung. Diese Medikamente reduzieren das Myelomzellwachstum und wirken hemmend auf den Knochenabbau. Durch das Auffüllen von durch Resorptionsprozesse geschädigten Knochendefekten mit wirkstoffbeladenen Calciumphosphatzementen (CPC) wird nicht nur der Knochen stabilisiert, sondern im Vergleich zur herkömmlichen oralen oder intravenösen Medikamentenverabreichung eine gezielte Freisetzung des Wirkstoffes direkt am Wirkort in wesentlich reduzierten Dosen ermöglicht. Durch die Kombination des Knochenzementes mit anderen effizienten Drug-Delivery-Systemen (DDS), wie z. B. Polymeren, kann eine optimale Anpassung der Wirkstofffreisetzung ermöglicht werden. Insbesondere haben sich bereits dendritische Polymere aufgrund ihrer globularen Struktur und Vielzahl an peripheren Funktionalitäten als besonders geeignete Wirkstoffträgersysteme herausgestellt. Bei der Anwendung im physiologischen System spielt insbesondere die Biokompatibilität dieser polymeren DDS eine entscheidende Rolle. Durch Modifizierung der peripheren Gruppen mit biokompatiblen Einheiten, wie Oligosacchariden oder Aminosäuren, kann die physiologische Verträglichkeit signifikant erhöht werden. Für die Behandlung des multiplen Myeloms am Knochen sollte in dieser Arbeit ein geeignetes dendritisches DDS auf Basis von hochverzweigtem Polyethylenimin (PEI) synthetisiert und charakterisiert werden. Das DDS sollte dabei verschiedene Anforderungen, wie eine hohe Wasserlöslichkeit und Biokompatibilität, erfüllen. Weiterhin sollten die mechanischen Eigenschaften des CPC nicht negativ beeinflusst werden und der Wirkstoff sollte effektiv vom DDS aufgenommen und kontrolliert aus dem generierten Komposit (Wirkstoff/DDS/CPC) freigesetzt werden. In der sogenannten N-Carboxyanhydrid (NCA)-Polymerisation wurden am PEI(5) (5 ≙ Mw 5 kDa) benzylgeschützte Polyglutaminsäure bzw. Polyasparaginsäureketten aufgepfropft. Durch hydrolytische Abspaltung der Schutzgruppen an den PBLG-Ketten von PEI(5)-PBLG-346 und PEI(5)-PBLA-346 erfolgte die Generierung der wasserlöslichen DDS PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PAsp-346. Die Charakterisierung der synthetisierten Kern-Schale-Architekturen PEI(5)-PBLG-346, PEI(5)-PBLA-346, PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PAsp-346 zeigte, dass nur wenige lange Polyaminosäureketten an wenigen primären und sekundären Aminogruppen des PEI(5) aufgebaut wurden. Aufgrund der noch freien primären und sekundären Aminogruppen am PEI(5) und den peripheren Aminogruppen an den Polyaminosäureketten wurden durch die Anbindung von Maltose- bzw. Laktoseeinheiten Kern-Schale-Architekturen mit einer binären Doppelschalenstrukturen erzeugt. Im Gegensatz zu reiner Polyglutaminsäure zeigten die mit Glutaminsäure modifizierten Polymerstrukturen PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PGlu-346-Mal interessante strukturelle Eigenschaften in wässriger Umgebung. Aufgrund des pH-abhängigen Ladungszustandes resultiert bei reinen Polyglutaminsäureketten normalerweise der typische Helix-Coil-Übergang. Dabei findet eine Konformationsumwandlung der α-helikalen Struktur zur ungeordneten Sekundärstruktur statt. Im Falle der PEI(5)-PGlu-346- und PEI(5) PGlu-346-Mal-Copolymere wurde jedoch keine α-helikale Konformation bei niedrigem pH-Wert nachgewiesen. Die PGlu-Ketten der wasserlöslichen Kern-Schale-Architekturen bildeten sowohl im sauren, als auch im basischen pH-Wertbereich eine ungeordnete Sekundärstruktur aus. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass die Kern-Schale-Architekturen in Abhängigkeit vom pH-Wert als isolierte Makromoleküle bzw. Aggregate mit unterschiedlich lang gestreckten Peptidketten vorliegen. Die Ursache dafür sind nicht-kovalente, intra- und intermolekular wirkende Kräfte. Zur Beurteilung der Kern-Schale-Architekturen als geeignete DDS wurde die Komplexierung des Proteasominhibitors Bortezomib (BZM) in die reinen Copolymere PEI(5)-PGlu-346, PEI(5)-PGlu-346-Mal und PEI(25)-Mal B (25 ≙ Mw 25 kDa, ohne Polyglutaminsäureketten) sowie deren Polyelektrolytkomplexe untersucht. Dabei wurden Copolymer/BZM- bzw. PEK/BZM-Komplexe in verschiedenen Verhältnissen hergestellt und die Komplexierungskapazität durch zeitabhängige Ultrafiltration UV/Vis-spektroskopisch ermittelt. Im Vergleich zu den glutaminsäuremodifizierten Copolymeren wurde durch PEI(25)-Mal B etwa doppelt so viel Wirkstoff in verschiedenen wässrigen Systemen aufgenommen. Der Grund dafür ist der größere PEI-Kern und die dementsprechend höhere Anzahl an peripheren Aminogruppen mit gebundenen Maltoseeinheiten. Die PEK zeigten im Vergleich zu den Copolymeren keine Verbesserung der Komplexierungskapazität. Um eine effektive Wirkstofffreisetzung für eine dosierte Langzeittherapie aus dem Kompositmaterial zu erhalten, ist eine stark verzögerte Freisetzung des Copolymers bzw. PEK selbst aus dem CPC notwendig. In Abhängigkeit von der Konzentration wurde für PEI(25)-Mal B eine geringere Freisetzung aus dem Copolymer/CPC- und PEK/CPC ermittelt. Aufgrund der nanoskaligen Dimension der polymeren Strukturen wird die Diffusion durch das offene CPC-Porensystem erschwert. Für die PEI(5)-PGlu-346, PEI(5)-PGlu-346-Mal und die zugehörigen PEK wurde hingegen keine messbare Freisetzung aus dem CPC nachgewiesen. Die Glutaminsäureeinheiten können Calciumionen komplexieren und beeinflussen dadurch die Keimbildung und das Wachstum der CaP-Phase. Die Copolymerstrukturen werden somit in den CPC integriert und können nur durch Abbau des schwerlöslichen Zementes freigesetzt werden. Bei den Untersuchungen der BZM-Freisetzung aus den BZM/Copolymer/CPC- und BZM/PEK/CPC-Kompositen kristallisierte sich BZM/PEI(5)-PGlu-346-Mal/CPC als effektivstes DDS heraus. Im Vergleich zum reinen BZM in CPC wurde nach 24 h nur etwa die Hälfte des Wirkstoffes aus dem Komposit freigesetzt. Weiterhin steigerte sich die Freisetzungsrate über den gesamten Zeitraum von 14 Tagen auf nur etwa 60 %. Aus dem BZM/CPC-Komposit wurden nach 14 Tagen mehr als 75 % BZM freigesetzt. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Michael Gelinsky vom Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk- und Weichgewebeforschung (TU Dresden) wurde keine signifikante Änderung der Druckfestigkeit des CPC durch die Integration der glutaminsäuremodifizierten Copolymere festgestellt. Weiterhin wurde in in vitro-Untersuchungen mit osteogen stimulierten humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) kein entscheidender Einfluss der in dieser Arbeit hergestellten PEI(5)-PGlu-346- und PEI(5)-PGlu-346-Mal-Copolymere auf die Proliferation der Zellen beobachtet. Zudem war bei beiden Copolymeren eine osteogene Differenzierung der hMSC zu knochenbildenden Osteoblasten nachweisbar, wobei PEI(5)-PGlu-346-Mal die Entwicklung der Stammzellen zu knochenbildenden Zellen sogar zu fördern scheint. Durch die Kombination von hochverzweigtem PEI mit Polyglutaminsäure und Maltose wurde in dieser Arbeit ein innovatives DDS für die kontrollierte und effektiv verzögerte Freisetzung von BZM aus CPC erzeugt, welches die einleitend erwähnten Anforderungen erfüllt. Das Copolymersystem weist eine hohe Biokompatibilität auf, ohne die mechanischen Eigenschaften des CPC zu verändern. Diese Arbeit hat daher einen entscheidenden Beitrag im Bereich der Wirkstofffreisetzung aus festen Materialien geliefert und bildet die Grundlage für zukünftige polymere DDS in CPC.