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.

Das kolorektale Karzinom (KRK) zählt zu den immunogenen Tumoren und zeichnet sich durch eine ausgeprägte Infiltration von verschiedenen Immunzell-Populationen aus. Dabei scheinen insbesondere CD8+ T-Lymphozyten und CD4+ T-Helfer-Zellen Typ 1 das Tumorwachstum zu beeinflussen und spielen somit eine zunehmende Rolle als prognostische Marker. Dementsprechend ergaben sich mehrere Hinweise, dass eine hohe Frequenz dieser beiden T-Zell-Populationen in KRK-Geweben mit einer erhöhten Überlebensrate assoziiert ist. Diese neuen Erkenntnisse könnten zukünftig in die Klassifikation des KRKs einfließen und therapeutische Entscheidungen beeinflussen. Im Gegensatz zu Tumor-infiltrierenden T-Zellen ist jedoch über die Frequenz und die Eigenschaften von nativen humanen dendritischen Zellen (DCs) in Kolonkarzinom-Geweben und deren mögliche Rolle in der immunologischen Abwehr von Tumoren nur sehr wenig bekannt. Als professionelle antigenpräsentierende Zellen spielen DCs eine Schlüsselrolle bei der Induktion und Aufrechterhaltung einer Tumor-gerichteten Immunantwort und können dadurch die Tumorentwicklung wesentlich beeinflussen. Daher wurden im Rahmen dieser Dissertation erstmalig Frequenz, Verteilung, Reifestatus und Zytokinexpression von 6-sulfo LacNAc+ (slan) DCs in Kolonkarzinom-Geweben sowie in korrespondierenden tumorfreien Kolon-Geweben untersucht. SlanDCs stellen eine große Subpopulation von humanen Blut-DCs dar, die nach Aktivierung hohe Konzentrationen von verschiedenen proinflammatorischen Zytokinen sezernieren. Darüber hinaus sind sie effizient in der Lage, die antitumoralen Eigenschaften von CD8+ T-Lymphozyten und CD4+ T-Helfer-Zellen sowie von Natürlichen Killer-Zellen zu fördern. Ausgehend von diesen Eigenschaften könnten slanDCs einen Beitrag zur Immunabwehr des Kolonkarzinoms leisten und somit das Tumorwachstum beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst mit Hilfe immunhistochemischer Färbungen der Nachweis von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben erbracht. In diesem Zusammenhang konnte eine höhere Frequenz von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben (Mittelwert: 16,69 slanDCs/mm2, n=38) im Vergleich zu den korrespondierenden tumorfreien Geweben (Mittelwert: 9,25 slanDCs/mm2, n=38) detektiert werden. Des Weiteren wurde eine höhere Dichte von infiltrierenden slanDCs in Kolonkarzinom-Gewebeproben (Mittelwert: 18,85 slanDCs/mm2, n=20) im Vergleich zu plasmazytoiden DCs (Mittelwert: 4,86 pDCs/mm2, n=20), welche eine andere Subpopulation von humanen DCs im Blut repräsentieren, nachgewiesen. Ausgehend von diesen Erkenntnissen erfolgten verschiedene Immunfluoreszenzfärbungen zur Untersuchung des Reifestatus und der Zytokinexpression der Kolonkarzinom-infiltrierenden slanDCs. Dabei konnten in allen zehn untersuchten Tumorgeweben CD83-exprimierende slanDCs detektiert werden (Mittelwert: 46,7 % CD83+ slanDCs), was auf einen reifen Phänotyp dieser DCs hinweist. Zudem erfolgte der Nachweis einer Interleukin (IL)-23-Expression in variabler Ausprägung durch infiltrierende slanDCs in zehn von elf analysierten Kolonkarzinom-Geweben (Mittelwert: 33,8 % IL-23+ slanDCs). Dabei stellte sich heraus, dass slanDCs einen wesentlichen Anteil der IL-23-exprimierenden Zellen in einigen untersuchten Gewebeproben darstellen. Eine Expression von Tumornekrosefaktor durch Kolonkarzinom-infiltrierende slanDCs wurde hingegen nur in einer geringen Frequenz detektiert. Weitere Untersuchungen identifizierten slanDCs als neue zelluläre Komponente der T-Zell-Zone von tertiären lymphoiden Strukturen (TLS) der Tumorumgebung des Kolonkarzinoms. Darüber hinaus wies ein deutlicher Anteil der dort lokalisierten slanDCs einen reifen Phänotyp oder eine Expression von IL-23 auf. Ausgehend von diesen neuen Ergebnissen könnten die infiltrierenden slanDCs an der Modulation einer adaptiven Immunantwort in der T-Zell-Zone Kolonkarzinom-assoziierter TLS beteiligt sein und einen Einfluss auf das Tumorwachstum ausüben. Weiterhin könnte die Expression des proinflammatorischen Zytokins IL-23 durch slanDCs im Tumor-umgebenden Stroma und in den TLS eine Induktion IL-17-produzierender Zellen fördern und damit auf eine Beteiligung der slanDCs an einem entzündungsbedingten Fortschreiten der Tumorerkrankung über die IL-23/IL-17-Achse hindeuten. Insgesamt leisten die gewonnenen Erkenntnisse einen Beitrag zum Verständnis der Rolle von humanen nativen DCs im Kolonkarzinom und könnten die Entwicklung neuer immuntherapeutischer Strategien in der Behandlung dieser Tumorerkrankung fördern.:Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis VI Abkürzungsverzeichnis VII 1 Einleitung 1 1.1 Das humane Immunsystem 1 1.2 Dendritische Zellen 2 1.2.1 Phänotyp und Funktion dendritischer Zellen 3 1.2.2 Aktivierung von T-Lymphozyten durch dendritische Zellen 4 1.2.3 Subpopulationen humaner dendritischer Zellen 6 1.3 Interaktion von Immunsystem und Tumor 8 1.4 Infiltration von Tumoren durch Immunzellen 10 1.5 Kolonkarzinome 11 1.5.1 Entwicklung, Charakteristika und Klassifikation kolorektaler Karzinome 12 1.5.2 Therapieansätze des Kolonkarzinoms 14 1.6 Zielstellung 17 2 Material und Methoden 19 2.1 Material 19 2.1.1 Chemikalien und Reagenzien 19 2.1.2 Lösungen und Puffer 19 2.1.3 Testkitsysteme 19 2.1.4 Antikörper zur Detektion von Oberflächenmolekülen 20 2.1.5 Seren 20 2.1.6 Geräte 21 2.1.7 Sonstige Materialien 21 2.1.8 Gewebeproben 21 2.2 Methoden 23 2.2.1 Vorbereitung der Gewebeproben zur Immunmarkierung 23 2.2.2 Immunhistochemischer Nachweis von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben 24 2.2.3 Untersuchung der Zytokinexpression von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben mit Fluoreszenzfärbungen 25 2.2.4 Nachweis der Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben mit einer Fluoreszenzfärbung 26 2.2.5 Analyse einer Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.6 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.7 Nachweis der Expression von CD83 und Interleukin-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 28 2.2.8 Auswertung der immunhistochemischen Färbungen von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und in tumorfreien Kolon-Geweben 29 2.2.9 Statistik 30 3 Ergebnisse 31 3.1 Nachweis von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 31 3.2 Assoziation der ermittelten Frequenz infiltrierender slanDCs mit der TNM-Klassifikation des Kolonkarzinoms 37 3.3 Nachweis von pDCs in Kolonkarzinom-Geweben 39 3.4 Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 42 3.5 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 44 3.6 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 47 3.7 Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 50 3.8 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 51 3.9 Expression von CD83 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 54 3.10 Expression von IL-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 56 4 Diskussion 57 4.1 DCs als zentrale Mediatoren einer Tumor-gerichteten Immunantwort 57 4.2 DCs als Komponente des Immunzellinfiltrats im Kolonkarzinom 58 4.2.1 Immunhistochemischer Nachweis von DCs in Kolonkarzinom-Geweben 58 4.2.2 Zielstrukturen eingesetzter Antikörper in immunhistochemischen Färbungen von DCs 60 4.2.3 SlanDCs als DC-Subpopulation in Kolonkarzinom-Geweben 61 4.3 Phänotyp infiltrierender slanDCs im Kolonkarzinom 64 4.3.1 Expression von CD83 durch slanDCs 64 4.3.2 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs 67 4.3.3 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs 69 4.4 SlanDCs als Komponente von tertiären lymphoiden Strukturen im Kolonkarzinom 71 5 Zusammenfassung 75 6 Summary 77 7 Literaturverzeichnis 79 Anlage 1 91 Anlage 2 92 Danksagung 93 / Colorectal cancer as an immunogenic tumor is characterized by a marked infiltration of different immune cell populations. Especially CD8+ T-lymphocytes and CD4+ T helper cells type 1 seem to influence tumor growth and therefore play an increasing role as prognostic markers. Thus, it has been shown that high densities of these T cell subsets are associated with improved survival of colorectal cancer patients. These new insights could become part of the classification of colorectal cancer and influence therapeutic decisions. Despite these studies, little is known about the frequency and properties of native human dendritic cells (DCs) in colon cancer tissues and their potential role in antitumor immunity. DCs as professional antigen-presenting cells are critical for the induction and maintenance of antitumor immunity and can essentially influence tumor progression. Thus, the frequency, distribution, maturation, and cytokine expression of 6-sulfo LacNAc+ (slan) DCs in colon cancer tissues as well as in corresponding tumor-free colon specimens were investigated. SlanDCs represent a subset of human blood DCs that secrete large amounts of proinflammatory cytokines upon activation. Furthermore slanDCs are able to efficiently activate CD4+ T cells, tumor-reactive CD8 + T cells, and natural killer cells. Due to these functional properties, slanDCs may contribute to antitumor immunity and may influence tumor growth. Within this doctoral thesis the presence of slanDCs in primary colon cancer samples was immunohistochemically verified. In this context, a higher frequency of slanDCs in colon cancer tissues (mean: 16,69 slanDCs/mm2, n=38) in comparison to the corresponding tumor-free specimens (mean: 9,25 slanDCs/mm2, n=38) could be detected. Moreover, higher frequencies of infiltrating slanDCs in colon cancer tissues (mean: 18,85 slanDCs/mm2, n=20) were detectable compared to plasmacytoid DCs (mean: 4,86 pDCs/mm2, n=20), representing another human blood DC-subset. Based on these results, various immunofluorescence stainings were performed to investigate maturation and cytokine expression of the infiltrating slanDCs. SlanDCs expressing the maturation marker CD83 were detected in all 10 analyzed colon cancer tissues (mean: 46,7% CD83+ slanDCs). In addition, IL-23-expressing slanDCs were present at varying percentages in 10 of 11 evaluated colon cancer samples (mean: 33,8% IL-23+ slanDCs). Interestingly, in several tissues slanDCs represented a marked proportion of all IL-23-expressing cells. However, slanDCs expressing tumor necrosis factor could only be detected in low frequencies in the analyzed colon cancer specimens. Further studies revealed that slanDCs are a novel component of the T-cell zone of colon cancer-associated tertiary lymphoid structures (TLS). A proportion of these TLS-associated slanDCs displays a mature phenotype or express IL-23. These novel findings indicate that slanDCs may modulate adaptive immune responses in the T-cell zone of colon cancer-associated TLS and may contribute to the regulation of tumor progression. Furthermore the IL-23-expressing slanDCs in the tumor-surrounding stroma and the TLS may promote the generation of IL-17-producing cells and may participate in inflammation-related cancer progression mediated by the IL-23/IL-17 axis. These novel observations can help to decipher the role of human native DCs in colon cancer and may have implications for the design of therapeutic strategies against this tumor entity.:Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis VI Abkürzungsverzeichnis VII 1 Einleitung 1 1.1 Das humane Immunsystem 1 1.2 Dendritische Zellen 2 1.2.1 Phänotyp und Funktion dendritischer Zellen 3 1.2.2 Aktivierung von T-Lymphozyten durch dendritische Zellen 4 1.2.3 Subpopulationen humaner dendritischer Zellen 6 1.3 Interaktion von Immunsystem und Tumor 8 1.4 Infiltration von Tumoren durch Immunzellen 10 1.5 Kolonkarzinome 11 1.5.1 Entwicklung, Charakteristika und Klassifikation kolorektaler Karzinome 12 1.5.2 Therapieansätze des Kolonkarzinoms 14 1.6 Zielstellung 17 2 Material und Methoden 19 2.1 Material 19 2.1.1 Chemikalien und Reagenzien 19 2.1.2 Lösungen und Puffer 19 2.1.3 Testkitsysteme 19 2.1.4 Antikörper zur Detektion von Oberflächenmolekülen 20 2.1.5 Seren 20 2.1.6 Geräte 21 2.1.7 Sonstige Materialien 21 2.1.8 Gewebeproben 21 2.2 Methoden 23 2.2.1 Vorbereitung der Gewebeproben zur Immunmarkierung 23 2.2.2 Immunhistochemischer Nachweis von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben 24 2.2.3 Untersuchung der Zytokinexpression von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben und tumorfreien Kolon-Geweben mit Fluoreszenzfärbungen 25 2.2.4 Nachweis der Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben mit einer Fluoreszenzfärbung 26 2.2.5 Analyse einer Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.6 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 26 2.2.7 Nachweis der Expression von CD83 und Interleukin-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 28 2.2.8 Auswertung der immunhistochemischen Färbungen von slanDCs und pDCs in Kolonkarzinom-Geweben und in tumorfreien Kolon-Geweben 29 2.2.9 Statistik 30 3 Ergebnisse 31 3.1 Nachweis von slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 31 3.2 Assoziation der ermittelten Frequenz infiltrierender slanDCs mit der TNM-Klassifikation des Kolonkarzinoms 37 3.3 Nachweis von pDCs in Kolonkarzinom-Geweben 39 3.4 Expression von CD83 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 42 3.5 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 44 3.6 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs in Kolonkarzinom-Geweben 47 3.7 Kolokalisation von slanDCs und CD3+ T-Lymphozyten in Kolonkarzinom-Geweben 50 3.8 Detektion von slanDCs in tertiären lymphoiden Strukturen von Kolonkarzinom-Geweben 51 3.9 Expression von CD83 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 54 3.10 Expression von IL-23 durch slanDCs in TLS von Kolonkarzinom-Geweben 56 4 Diskussion 57 4.1 DCs als zentrale Mediatoren einer Tumor-gerichteten Immunantwort 57 4.2 DCs als Komponente des Immunzellinfiltrats im Kolonkarzinom 58 4.2.1 Immunhistochemischer Nachweis von DCs in Kolonkarzinom-Geweben 58 4.2.2 Zielstrukturen eingesetzter Antikörper in immunhistochemischen Färbungen von DCs 60 4.2.3 SlanDCs als DC-Subpopulation in Kolonkarzinom-Geweben 61 4.3 Phänotyp infiltrierender slanDCs im Kolonkarzinom 64 4.3.1 Expression von CD83 durch slanDCs 64 4.3.2 Expression von Interleukin-23 durch slanDCs 67 4.3.3 Expression von Tumornekrosefaktor durch slanDCs 69 4.4 SlanDCs als Komponente von tertiären lymphoiden Strukturen im Kolonkarzinom 71 5 Zusammenfassung 75 6 Summary 77 7 Literaturverzeichnis 79 Anlage 1 91 Anlage 2 92 Danksagung 93

Der systemische Lupus erythematodes (SLE) ist der Prototyp einer systemischen Autoimmunkrankheit, bei dem neben leichteren Verläufen mit spontan remittierendem Hautausschlag und Gelenkschmerzen häufig eine Nierenbeteiligung in Form der Glomerulonephritis vorkommt. Eine weitere Autoimmunerkrankung ist das Sjögren-Syndrom, bei der exokrine Drüsen befallen werden und v. a. zu anhaltender Mund- und Augen-trockenheit führen. Beide Erkrankungen gehören zu den Kollagenosen (Bindegewebs-erkrankung), bei denen organunspezifische Autoantikörper gegen Zellkernmaterial (anti-nukleäre Antikörper) zur Diagnosefindung beitragen. Eines der Antigene nennt sich La/SS-B (Sjögren-Syndrom-B), es wird bei 70 % der Sjögren-Syndrom- und 25 % der SLE-Patienten registriert. Im Rahmen von Zelluntergang wie bei Infektionen oder UV-Licht-Exposition, wenn La/SS-B extrazellulär für das Immunsystem zugänglich wird, kommt es zu Krankheitsschüben von SLE. La/SS-B ist bei fast allen Eukaryonten ein essentielles Kernprotein, das Nukleinsäuren, v. a. RNA, und in gewissem Grad auch DNA binden kann. Beim Menschen hat es eine wichtige Funktion in der Bindung von RNA-Polymerase III-Transkripten. Das Protein besteht funktionell aus einem N- und einem C-Terminus. Der N-Terminus beinhaltet das La-Motiv und das RRM1 (RNA recognition motif 1, RNA-Erkennungmotiv). Es kann davon ausgegangen werden, dass im Rahmen der Erkrankungen in einer oder mehrerer Phasen dendritische Zellen des Immunsystems mit dem Protein in Kontakt treten, da diese zentralen Zellen des Immunsystems für die Bildung von Antikörpern essenziell sind. 6 sulfo LacNAc+ dendritische Zellen (slanDC) sind die proinflammatorische Hauptpopulation myeloider dendritischer Zellen (mDC) und produzieren bei Stimulation große Mengen Tumornekrosefaktor α (TNF α). Sie besitzen wie alle mDCs keinen TLR9 (toll-like receptor, Toll-ähnlicher Rezeptor), der durch CpG-reiche, bakterielle DNA aktiviert würde, dafür aber solche TLRs, die zu einer Aktivierung der slanDCs u. a. durch bakterielle RNA oder Lipopolysaccharide (LPS) führen. Eine entscheidende Frage ist, warum es zur Bildung von Autoantikörpern gegen das Kern- und RNA-Bindeprotein La kommt und ob La-Autoantikörper eine Begleiterscheinung sind oder ob es tatsächlich immunstimulierende Formen von La gibt. Da La ein Nukleinsäure-bindendes Protein ist, ist eine Assoziation mit bakteriellen Nukleinsäuren nach prokaryontischer Herstellung wie in dieser Arbeit wahrscheinlich. Da der N-Terminus des La-Proteins die RNA-Bindedomäne enthält, wurde dieser näher untersucht. Die Stimulierbarkeit von DCs durch La ist noch unzureichend erforscht. In dieser Arbeit wurde repräsentativ die Stimulierbarkeit von slanDCs durch La/SS-B nach Aufreinigung durch zwei variierende Verfahren untersucht. Zu prüfen war, ob und in welchem Umfang die gebundenen Nukleinsäuren Einfluss auf die Aktivierungsfähigkeit haben. La-Protein wurde prokaryontisch rekombinant in E. coli-Bakterien hergestellt und mit Nickel-Affinitätschromatographie aufgereinigt. Durch Einbau eines Stopcodons konnte zusätzlich der N-terminale Teil von La (LaN) separat hergestellt werden. Bei einer erneuten Aufreinigung wurde das Aufreinigungsverfahren um einen DNase-/RNase-Verdau erweitert. Um gebundene Nukleinsäuren nachzuweisen und zu messen wurden UV-Spektren der aufgereinigten Proteine bei 220–300 nm angefertigt. Zudem erfolgten Fluoreszenzfärbungen mit RiboGreen®, welches auf Nukleinsäuren reagiert. Für verschiedene Referenzversuche und Vergleiche wurden E. coli- und eukaryontische RNA mit TriPure Isolation Reagent und Chloroform isoliert. Die slanDCs wurden über magnetischer Zellseparierung aus PBMCs isoliert, die zuvor aus buffy coats mittels Ficoll-Dichtezentrifugation gewonnen wurden. Sie wurden bei Raumtemperatur 24 Stunden kultiviert, die Probenzugabe erfolgte 4 Stunden nach Kulturbeginn. Im Überstand wurde die TNF α-Konzentration mittels ELISA bestimmt. Nach erfolgter Aufreinigung bestätigten Westernblots die Identität der Proteine La und LaN. Die UV-Spektren ergaben Protein-Nukleinsäure-Mischspektren, der Nukleasen-verdau verringerte jedoch den gebundenen Nukleinsäure-Anteil. RiboGreen®-Probefärbungen verschiedener Nukleinsäuren sowie Verdauungsversuche mit Nuklease zeigten eine Inhomogenität der Fluoreszenzintensitäten abhängig von der Art und Länge der Nukleinsäure. Dadurch war eine korrekte Quantifizierung des La-gebundenen bakteriellen Nukleinsäure-Gemischs nicht möglich. Trotzdem konnte beim getrennten Verdau mit DNase und RNase die Nukleinsäure an La-Protein als größtenteils RNA, an LaN als fast ausschließlich RNA identifiziert werden. In den slanDC-Aktivierungsversuchen erwiesen sich sowohl 5 pmol La-Volllänge als auch 5 pmol von dessen seperatem N-Terminus als potente Stimulatoren. Die Nuklease-verdauten Varianten von La und LaN waren signifikant weniger immunstimulierend. Selbst 50 pmol Nuklease-behandeltes La führten zu weniger TNF α-Produktion als 5 pmol unbehandeltes La. In einem Kontrollversuch war aufgereinigter E. coli-RNA ebenfalls stimulierend, eukaryontische RNA hingegen nicht. CpG-DNA führte ebenfalls zu keiner Aktivierung von slanDCs. Reassoziationsversuche von Nuklease-behandeltem N-terminalen La-Protein mit eukaryontischer RNA konnten keine immunstimulierende Wirkung hervorrufen. Es kann aus den Versuchen mit slanDCs geschlossen werden, dass an La gebundene bakterielle Nukleinsäuren für die Aktivierung der Immunzellen hauptverantwortlich waren. Mit großer Wahrscheinlichkeit beruht die Aktivierung auf RNA. Einerseits wurde v. a. RNA in den Proteinaufreinigungen nachgewiesen, andererseits tragen mDCs keinen TLR9 zur DNA-Erkennung. Diese Arbeit wirft die Frage auf, ob dem Protein La/SS B eine Funktion als Alarmin innewohnt, ähnlich dem Protein LL 37, das selbst das Immunsystem nicht stimuliert, aber körpereigene DNA komplexieren und dadurch in eine autostimulierende Form verwandeln kann. Möglicherweise wird durch Zellschaden freigewordenes La durch gleichzeitig vorhandene körperfremde Nukleinsäuren in Immunzellen geschleust, um auf diesem Weg die Immuntoleranz zu durchbrechen. Nachdem in dieser Arbeit offenbar die Nukleinsäuren für die Aktivierung von slanDCs verantwortlich waren, könnte in weiterführenden Versuchen an isolierten T Helferzellen oder an murinen T-Zellen in vivo untersucht werden, ob sie durch Stimulation mit La-aktivierten DCs tatsächlich auf La-Protein geprimt (priming, Prägung) werden. Zudem wird die Vermutung aufgeworfen, ob extrazelluläres La während einer bakteriellen Infektion deren Nukleinsäuren stabilisiert und vor Nukleasen schützt. Dadurch vermehrt auftretende extrazelluläre bakterielle Nukleinsäure könnte einen SLE-Schub auslösen, was für SLE charakteristisch wäre.:Inhaltsverzeichnis 3 Abbildungsverzeichnis 6 Tabellenverzeichnis 8 Abkürzungsverzeichnis 9 1. Einleitung 13 1.1 Das menschliche Immunsystem 13 1.1.1 Die zentrale Rolle dendritischer Zellen bei der Einleitung der Immunantwort 14 1.1.2 Die besondere Rolle dendritischer Zellen bei der spezifischen Immunantwort 15 1.1.3 SlanDCs, eine neue Gruppe dendritischer Zellen 17 1.1.4 Überempfindlichkeitsreaktionen des Immunsystems 18 1.2 Systemischer Lupus Erythematodes (SLE) 18 1.2.1 Allgemeines und Epidemiologie 18 1.2.2 Aspekte zur Pathogenese 20 1.3 Das Autoantigen La/SS B 23 1.4 Die Rolle von Nukleinsäuren bei autoimmunen Prozessen 26 1.5 Zielstellung 28 2. Materialien 30 2.1 Chemikalien und Reagenzien 30 2.2 Puffer und Lösungen 31 2.3 Medien 33 2.4 Bakterienstamm 33 2.5 Zelllinien 34 2.6 DNAs und RNAs 34 2.7 Enzyme 34 2.8 Antikörper 35 2.9 Molekulargewichtsmarker 35 2.10 Kitsystem 36 2.11 Verbrauchsmaterialien 36 2.12 Geräte und Software 36 3. Methoden 39 3.1 Molekularbiologische Methoden 39 3.1.1 Arbeiten mit Bakterien 39 3.1.1.1 Kultivierung von Bakterien für die prokaryotische Proteinproduktion 39 3.1.1.2 Bestimmung der OD600 40 3.1.2 Herstellung von RNA-Totalextrakten 40 3.1.2.1 RNA aus E. coli 40 3.1.2.2 RNA aus eukaryontischen Zellen 41 3.1.3 Photometrische Konzentrationsbestimmung von Nukleinsäuren 41 3.1.4 Bestimmung des Nukleinsäure-Gehalts mit RiboGreen® RNA Quantification Kit 41 3.2 Zellbiologische Methoden 43 3.2.1 Kultivierung von Raji- und U937-Zellen 43 3.2.2 Isolierung von peripheren mononukleären Zellen (PBMCs) aus buffy coats 43 3.2.3 Bestimmung der Zellzahl 44 3.2.4 Isolierung von slanDCs aus PBMCs 44 3.2.5 Durchflusszytometrie 44 3.2.5.1 Messung der Reinheit der slanDCs 45 3.2.5.2 Untersuchung von Oberflächenmarkern auf slanDCs 46 3.3 Proteinbiochemische Methoden 46 3.3.1 Aufreinigung der prokaryontisch produzierten Proteine 46 3.3.2 Dialyse 48 3.3.3 Photometrische Konzentrationsbestimmung von Proteinen 48 3.3.4 Spektralanalyse von Protein-Lösungen und von DNA 48 3.3.5 SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese 48 3.3.6 Coomassiefärbung von SDS-Gelen 50 3.3.7 Konzentrationsbestimmung mit Proteinstandard im SDS-Gel 50 3.3.8 Western Blotting und Immundetektion 50 3.3.9 Aktivierungsversuche von slanDCs durch Zugabe von La 51 3.3.10 Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 51 4. Ergebnisse 53 4.1 Herstellung des Proteins La und dessen N-terminaler Domäne 53 4.2 Charakterisierung der Proteine und Quantifizierung des Nukleinsäure-Gehalts 56 4.2.1 Westernblots und Färbung mit verschiedenen Antikörpern 56 4.2.2 Quantifizierung des Nukleinsäure-Gehalts in La und LaN mittels UV-Spektrum 57 4.2.3 Quantifizierung und Differenzierung der an La gebundenen Nukleinsäuren mit RiboGreen® 63 4.3 Aktivierungsversuche mit slanDCs, der Hauptpopulation von mDCs 67 4.3.1 La und slanDCs 68 4.3.2 Immunstimulierende Kapazität von bakteriell exprimiertem La nach RNase- und DNase-Behandlung 72 4.3.3 Das Teilprotein LaN (N-terminale Domäne von La) 76 4.3.4 Die Reaktion von slanDCs auf eukaryontische und prokaryontische RNA sowie CpG-DNA 79 5. Diskussion 83 5.1 Erläuterungen zur Herstellung der Proteine La und dessen N-terminaler Domäne 83 5.2 Ist an bakteriell gewonnenem La-Protein Nukleinsäure gebunden? 84 5.3 SlanDCs werden durch La-Protein aktiviert, wenn bakterielle Nukleinsäure gebunden ist 87 6. Zusammenfassung 91 Summary 94 Literaturverzeichnis 97 Danksagung 107 Anlagen 109 / Systemic lupus erythematosus (SLE) is the prototype of a systemic autoimmune disease. Apart from a spontaneously remitting rash and joint pain a glomerulonephritis often damages the kidney. Sjögren’s syndrome is another autoimmune disease. It affects the exocrine glands whose destruction leads to persistent mouth and eye dryness. Both diseases belong to the group of collagenoses (connective tissue diseases) where organ non specific autoantibodies against nuclear material (antinuclear antibodies) are used for diagnosis. One antigen called La/SS-B (Sjögren’s Syndrome-B) has been detected in seventy percent of the patients with Sjögren’s syndrome and in twenty-five percent of the patients with SLE. On cell death, for example due to infections or exposure of UV light, La/SS-B is exposed to the extracellular space becoming available to the immune system and leads to an exacerbation of SLE. La/SS-B is an essential nuclear protein in almost all eukaryotes. It binds nucleic acids, particularly RNA, but also DNA to a lesser extent. A major function in humans is the binding of RNA polymerase III transcripts. The protein can be divided into an amino- and a carboxyl-terminus, each serving a different function. The amino-terminus contains the La motif and the RRM1 (RNA recognition motif 1). In one or more phases during the disease La/SS-B will interact with dendritic cells (DC). These central cells of the immune systems are essential for the generation of an antibody response. 6 sulfo LacNAc+ dendrite cells (slanDC) are the major population of myeloid dendritic cells (mDC) and have a high proinflammatory potential. In case of stimulation they produce large amounts of tumor necrosis factor α (TNF α). Like all mDCs they have no TLR9 (toll-like receptor), which could activate the slanDCs via bacterial DNA, but they have TLRs that activate these cells by bacterial RNA and lipopolysaccharide (LPS). A crucial question is why autoantibodies against the nuclear RNA binding protein La are generated. These autoantibodies could be the consequence of an epiphenomenon or of active immunostimulation. Because La is a nucleic acid binding protein, an association with bacterial nucleic acids after purification from transformed prokaryotes seemed possible. The amino-terminus was analyzed closer since in contains the RNA binding domain. The stimulation of DCs is still insufficiently researched. In this dissertation the stimulation of slanDCs by La/SS-B after purification, using two different methods, was studied. The goal was to clarify whether the bound nucleic acids have an effect on the activation ability of La/SS-B. La protein was produced recombinantly in E. coli bacteria and purified with nickel affinity chromatography. It was possible to create and purify the separate amino-terminus of La (LaN) by insertion of a stop codon in the transformed prokaryotic DNA. In a second purification of La and LaN the procedure was supplemented by a treatment with DNase and RNase. An UV spectral analysis at 220–300 nm was performed to verify and measure bound nucleic acid of the purified proteins. Furthermore RiboGreen®, which reacts to nucleic acids, was used for fluorescence staining. E. coli and eukaryotic RNA were isolated with TriPure Isolation Reagent and Chloroform for several experiments and comparisons. The slanDCs were isolated by magnetic cell isolation from PBMCs which were obtained from buffy coats by Ficoll density centrifugation. The DCs were cultivated for 24 hours at room temperature and the samples were added 4 hours into the process. In the supernatant the TNF α concentration was measured by ELISA. After protein purification, western blots were used to verify the identity of La and LaN. The UV spectral analysis showed mixed spectra of proteins and nucleic acids, however the treatment with nucleases reduced the amount of nucleic acids bound to the proteins. RiboGreen® fluorescence staining of various nucleic acids and digestion experiments with nucleases reveal an inhomogeneous fluorescence depending on the type and length of the nucleic acid. This made it impossible to quantify the correct amount of the La-bound bacterial nucleic acid mixture. With the use of a separate treatment with either DNase or RNase the biggest part of the nucleic acid bound to La could be identified as RNA. For LaN this was almost exclusively RNA. 5 pmol La as well as its amino-terminus LaN proved to be potent stimulators in the activation experiment of slanDCs. The nuclease-treated protein variants of La and LaN were significantly less immunostimulatory. Even 50 pmol nuclease-treated La led to less TNF α production than 5 pmol untreated La. E. coli RNA was equally stimulatory to slanDCs in the control experiment. The same did not hold true for eukaryotic RNA. CpG DNA also did not lead to an activation of slanDCs well. The attempt to reassociate nuclease-treated LaN with eukaryotic RNA did not induce a conversion of LaN in an immunestimulatory activator for slanDCs. It was shown that La-bound bacterial nucleic acids are mainly responsible for the activation of slanDCs. The activation seems to be triggered by the RNA. On one hand RNA was found to be large part of the purified proteins, on the other hand mDCs do not have a TLR9 for the recognition of DNA. This dissertation raises the question whether La/SS B has a role as an alarmin similar to the small protein LL 37, that could not stimulate the immune system itself, but complex the body’s own DNA and convert it to an autostimulatory form. Extracellular La from cell death might be taken up by DCs which are stimulated by foreign nuclein acids at the same time, leading to an immune response against La, too. Due to the observation that nucleic acids were responsible for the activation of slanDCs, further experiments with isolated T helper cells or murine T cells in vivo should be performed. These experiments should address questions whether La specific T cells, which are subsequently responsible for the activation of B cells, are primed. The results of this dissertation led to the assumption that extracellular La could potentially stabilize and protect bacterial nucleic acids during infections from nucleases. This increase of extracellular bacterial nucleic acids could trigger an exacerbation of SLE, which is typically observed in SLE.:Inhaltsverzeichnis 3 Abbildungsverzeichnis 6 Tabellenverzeichnis 8 Abkürzungsverzeichnis 9 1. Einleitung 13 1.1 Das menschliche Immunsystem 13 1.1.1 Die zentrale Rolle dendritischer Zellen bei der Einleitung der Immunantwort 14 1.1.2 Die besondere Rolle dendritischer Zellen bei der spezifischen Immunantwort 15 1.1.3 SlanDCs, eine neue Gruppe dendritischer Zellen 17 1.1.4 Überempfindlichkeitsreaktionen des Immunsystems 18 1.2 Systemischer Lupus Erythematodes (SLE) 18 1.2.1 Allgemeines und Epidemiologie 18 1.2.2 Aspekte zur Pathogenese 20 1.3 Das Autoantigen La/SS B 23 1.4 Die Rolle von Nukleinsäuren bei autoimmunen Prozessen 26 1.5 Zielstellung 28 2. Materialien 30 2.1 Chemikalien und Reagenzien 30 2.2 Puffer und Lösungen 31 2.3 Medien 33 2.4 Bakterienstamm 33 2.5 Zelllinien 34 2.6 DNAs und RNAs 34 2.7 Enzyme 34 2.8 Antikörper 35 2.9 Molekulargewichtsmarker 35 2.10 Kitsystem 36 2.11 Verbrauchsmaterialien 36 2.12 Geräte und Software 36 3. Methoden 39 3.1 Molekularbiologische Methoden 39 3.1.1 Arbeiten mit Bakterien 39 3.1.1.1 Kultivierung von Bakterien für die prokaryotische Proteinproduktion 39 3.1.1.2 Bestimmung der OD600 40 3.1.2 Herstellung von RNA-Totalextrakten 40 3.1.2.1 RNA aus E. coli 40 3.1.2.2 RNA aus eukaryontischen Zellen 41 3.1.3 Photometrische Konzentrationsbestimmung von Nukleinsäuren 41 3.1.4 Bestimmung des Nukleinsäure-Gehalts mit RiboGreen® RNA Quantification Kit 41 3.2 Zellbiologische Methoden 43 3.2.1 Kultivierung von Raji- und U937-Zellen 43 3.2.2 Isolierung von peripheren mononukleären Zellen (PBMCs) aus buffy coats 43 3.2.3 Bestimmung der Zellzahl 44 3.2.4 Isolierung von slanDCs aus PBMCs 44 3.2.5 Durchflusszytometrie 44 3.2.5.1 Messung der Reinheit der slanDCs 45 3.2.5.2 Untersuchung von Oberflächenmarkern auf slanDCs 46 3.3 Proteinbiochemische Methoden 46 3.3.1 Aufreinigung der prokaryontisch produzierten Proteine 46 3.3.2 Dialyse 48 3.3.3 Photometrische Konzentrationsbestimmung von Proteinen 48 3.3.4 Spektralanalyse von Protein-Lösungen und von DNA 48 3.3.5 SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese 48 3.3.6 Coomassiefärbung von SDS-Gelen 50 3.3.7 Konzentrationsbestimmung mit Proteinstandard im SDS-Gel 50 3.3.8 Western Blotting und Immundetektion 50 3.3.9 Aktivierungsversuche von slanDCs durch Zugabe von La 51 3.3.10 Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 51 4. Ergebnisse 53 4.1 Herstellung des Proteins La und dessen N-terminaler Domäne 53 4.2 Charakterisierung der Proteine und Quantifizierung des Nukleinsäure-Gehalts 56 4.2.1 Westernblots und Färbung mit verschiedenen Antikörpern 56 4.2.2 Quantifizierung des Nukleinsäure-Gehalts in La und LaN mittels UV-Spektrum 57 4.2.3 Quantifizierung und Differenzierung der an La gebundenen Nukleinsäuren mit RiboGreen® 63 4.3 Aktivierungsversuche mit slanDCs, der Hauptpopulation von mDCs 67 4.3.1 La und slanDCs 68 4.3.2 Immunstimulierende Kapazität von bakteriell exprimiertem La nach RNase- und DNase-Behandlung 72 4.3.3 Das Teilprotein LaN (N-terminale Domäne von La) 76 4.3.4 Die Reaktion von slanDCs auf eukaryontische und prokaryontische RNA sowie CpG-DNA 79 5. Diskussion 83 5.1 Erläuterungen zur Herstellung der Proteine La und dessen N-terminaler Domäne 83 5.2 Ist an bakteriell gewonnenem La-Protein Nukleinsäure gebunden? 84 5.3 SlanDCs werden durch La-Protein aktiviert, wenn bakterielle Nukleinsäure gebunden ist 87 6. Zusammenfassung 91 Summary 94 Literaturverzeichnis 97 Danksagung 107 Anlagen 109

Dendritic solidification has been the subject of continuous research, also because of its high importance in metal production. The challenge of predicting macroscopic material properties due to complex solidification processes is complicated by the multiple physical scales and phenomena involved. Practical modeling approaches are still subject to significant limitations due to remaining gaps in the systematic understanding of dendritic microstructure formation. The present work investigates some of these problems at the microscopic level of interfacial morphology using phase-field simulations. The employed phase-field models are implemented within a finite-element framework, allowing efficient and scalable computations on high-performance computing facilities. Particular emphasis is placed on the evolution and interaction of dendrite sidebranches in the broader context of dendrite fragmentation, varying and dynamical solidification conditions.

Seit 20 Jahren unterteilt man Monozyten in eine klassische CD14++/CD16-Population und eine proinflammatorische CD16+ Population. Letztere macht 10-20 % der peripheren Blutmonozyten aus und ist unter verschiedenen pathologischen Zuständen drastisch erhöht. Seit Kurzem wird die CD16+ Fraktion in zwei weitere Untergruppen aufgeteilt, die CD14++/CD16+ und die CD14+/CD16+ Monozyten. In der hier vorliegenden Arbeit wurde versucht, die relativ neue und wenig charakterisierte Subpopulation der CD14++/CD16+ Monozyten näher zu beschreiben. Es sollte die Frage beantwortet werden, ob diese sich von den übrigen Subpopulationen abzugrenzen lässt und damit als eigenständige Zellgruppe anzusehen ist. Die von gesunden Spendern gewonnen peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs) wurden mithilfe einer Magnetsäulenvorseparation von einem Großteil der T-, B- und NK-Zellen befreit. Die restlichen Zellen wurden mit Anti-CD14-FITC und Anti-CD16-PE markiert. In einem Hochgeschwindigkeitssortierer wurden diese, anhand ihres Fluoreszenzmusters, in die drei Subpopulationen CD14++/CD16- (Sub1), CD14++/CD16+ (Sub2) und CD14+/CD16+ (Sub3) aufgeteilt. Durch dieses Verfahren konnte ein hoher Reinheitsgrad erreicht werden. Die erhaltenen Subpopulationen wurden mit heterologen CD4+ T-Lymphozyten zusammen gebracht. Die Reaktion dieser T-Zellen auf die verschiedenen Subpopulationen wurde im Proliferations- und Sekretionsassay (IFN-γ, IL-4) studiert. Des Weiteren wurde die Zytokinsekretion der Monozytenarten nach definierter Stimulierung (LPS, Zymosan, aktivierte T-Zellen) analysiert. In einem zweiten Versuchskomplex wurden aus den jeweiligen Subpopulationen unreife dendritische Zellen (Sub-DCs) differenziert und diese auf bestimmte Oberflächenmarker bzw. deren Verhalten mit heterologen CD4+ T-Zellen im Proliferations-/Sekretionsassay (IFN-γ, IL-4) untersucht. Nach 7 Tagen Inkubation fanden sich im Sub2- und Sub3-Ansatz ca. 10 % mehr proliferierende T-Zellen als im Sub1-Ansatz. Dabei lag der Anteil der CD25+ T-Zellen in diesen beiden Versuchsansätzen ebenfalls um 10 % höher. Der Proliferationsassay über 14 Tage zeigte für die Sub3 ca. 10-15 % mehr proliferierende T-Zellen als für die anderen Populationen. Das Niveau der CD25-Expression der T-Zellen war hierbei in allen drei Ansätzen gleich. Im Sekretionsassay induzierten alle drei Subpopulationen eine Th1-Antwort, jedoch mit einem leicht höheren Anteil IFN-γ-positiver T-Zellen für die CD16+ Monozyten. Durch LPS-Gabe produzierten die CD14+/CD16+ Monozyten am meisten TNF-α, gefolgt von den CD14++/CD16+. Bei den CD14++/CD16- fanden sich die geringsten Mengen an TNF-α. Zusammen mit aktivierten T-Zellen demonstrierten die CD14++/CD16+ Monozyten die stärkste TNF-α-Sekretion unter allen anderen Subpopulationen. Für die beiden CD16+ Populationen wurden nach LPS-Stimulation höhere Werte für IL-1β bestimmt als für die klassischen Monozyten. Sowohl im LPS- als auch im Zymosanansatz lag die IL-6-Sekretion der CD14++/CD16- Subpopulation über der der anderen zwei Fraktionen. Unter allen drei Stimuli wurden die höchsten Werte für IL-8 bei den CD14++/CD16- Monozyten detektiert, gefolgt von den CD14++/CD16+. Am niedrigsten lag die IL-8-Produktion bei den CD14+/CD16+. Die IL-10-Sekretion im LPS- und im Zymosanansatz der CD14++/CD16- und CD14++/CD16+ Monozyten war gegenüber der CD14+/CD16+ Subpopulation erhöht. Nach Entwicklung der unreifen dendritischen Zellen aus den entsprechenden Monozytenarten weisen diese eine differenzierte Morphologie auf. Die DCs der CD14+/CD16+ Monozyten hatten eine stärkere HLA-DR-Expression in der mittleren Fluoreszenzintensität als die anderen beiden Sub-DC-Populationen, wobei sich keine Unterschiede in der HLA-DRExpressionsintensität zwischen Sub1- und Sub2-DCs feststellen ließen. Der Anteil der CD11c positiven Zellen war bei den Sub1-DCs deutlich größer als bei den Sub2-DCs. Dagegen exprimierten die Sub3-DCs praktisch kein CD11c. Im Proliferationsassay über 7 Tage ergaben sich keine signifikanten Differenzen zwischen den Subpopulationen. Allerdings zeigte sich eine Tendenz zu geringeren Werten im Anteil proliferierender bzw. CD25-positiver T-Lymphozyten für den Sub2-DC-Ansatz. Nach 14 Tagen im Assay war der Anteil der proliferierenden T-Zellen bei den Sub1-DCs um 10 % höher als bei den Sub2-DCs. Es fanden sich ca. 10 % mehr CD25+ T-Zellen im Sub1-DC-Ansatz als in den anderen beiden Ansätzen. Der Sekretionsassay erbrachte für alle Sub-DCs eine Th1-Induktion der T-Zellen. Dabei ließen sich keine Abweichungen im Anteil IFN-γ-positiver T-Zellen zwischen den einzelnen Sub-DC-Kulturen nachweisen. Die gewonnen Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen auf der einen Seite das proinflammatorische Potential (z.B. TNF-α-Sekretion, erhöhte Proliferation), auf der anderen Seite die antiinflammatorische Komponente (IL-10-Sekretion) der CD14++/CD16+ Monozyten. Eine Rolle in der Regulation von entzündlichen und infektiologischen Erkrankungen erscheint für diese Subpopulation denkbar. Die Subpopulation 2 kann dabei als eigenständige Monozytenfraktion betrachtet werden. Die funktionellen Unterschiede zwischen den analysierten Monozytensubpopulationen zeigten sich auch nach deren Differenzierung zu unreifen dendritischen Zellen. In Anbetracht des erhöhten Anteils der CD16+ Monozyten im Rahmen diverser autoimmuner Krankheiten und der immer klarer werdenden Unterteilung in eine CD14++/CD16+ und eine CD14+/CD16+ Subpopulation, sollten weitere Untersuchungen zur klinischen Relevanz dieser Monozytengruppen durchgeführt werden. Die in der vorliegenden Arbeit erzielten Ergebnisse könnten bei der Zuordnung und Interpretation in diese zukünftigen klinischen Befunde behilflich sein. / For more than 20 years monocytes were subdivided in the classical CD14++/CD16- population and the proinflammatory CD16+ populations. The latter one includes about 10-20 % of the peripheral blood monocytes and is dramatically expanded under different pathological circumstances. Recently, the CD16+ fraction was further subdivided into two subpopulations: The CD14++/CD16+ and CD14+/CD16+ monocytes. In the present paper, the subpopulation of CD14++/CD16+ monocytes was characterized in order to answer the question if this subset can be distinguished as an independent cell population. T cells, B cells and NK cells were depleted from peripheral mononuclear blood cells (PBMCs) from healthy donors using immunomagnetic cell separation. Subsequently, the pre-separated cells were stained with anti-CD14-FITC and anti-CD16-PE and separated by fluorescence activated cell sorting (FACS) in three subpopulations: The CD14++/CD16- (Sub1), the CD14++/CD16+ (Sub2) and the CD14+/CD16+ (Sub3). The achieved purity was sufficient for the subsequent experiments. The obtained subpopulations were co-cultured together with heterologous CD4+ T lymphocytes. The reaction of these T cells to the different subpopulations was studied in the proliferation and secretion assay (IFN-γ, IL-4). Furthermore, the cytokine secretion of the monocyte subsets after defined stimulation (LPS, Zymosan, activated T cells) was analysed. In a second set of experiments, immature dendritic cells were differentiated from the monocyte subpopulations (Sub-DCs) and phenotypically and functionally characterized according to the expression of cell surface markers and the response to heterologous CD4+ T cells in the proliferation/secretion assay (IFN-γ, IL-4). After 7 days of incubation, the Sub2 and Sub3 of the monocytes induced approximately 10 % higher proliferation rates of T cells than the Sub1. The resulting frequency of CD25+ T cells in these two co-culture settings was also 10 % higher. The proliferation analysis after 14 days again showed for the Sub3 ca. 10-15 % more proliferating T cells than for the other populations. At this, the frequency of CD25 expression was equal in all co-cultures. In the secretion assay all three subpopulations induced a Th1 response, but the range of IFN-γ-positive T cells was somewhat higher for the CD16+ monocytes. Under LPS stimulation the CD14+/CD16+ monocytes produced the highest amounts of TNF-α followed by the CD14++/CD16+. The CD14++/CD16- showed the lowest amounts of TNF-α. In co-culture with activated T cells the CD14++/CD16+ monocytes demonstrated the strongest TNF-α secretion from all subpopulations. After LPS stimulation, a higher level of IL-1β was measured for both CD16+ populations than for the classical monocytes. In the LPS and the Zymosan stimulated cultures, the IL-6 secretion of the CD14++/CD16- subpopulation was higher than in the two other fractions. Under all three stimuli the highest levels of IL-8 were detected for the CD14++/CD16- monocytes followed by the CD14++/CD16+. The lowest IL-8 production was found by the CD14+/CD16+. The IL-10 secretion of the CD14++/CD16- and CD14++/CD16+ monocytes was increased compared to the CD14+/CD16+ subpopulation after LPS and Zymosan stimulation. The in vitro generated immature dendritic cells from the different monocyte subsets showed a differentiated morphology. The DCs of the CD14+/CD16+ monocytes had the strongest HLA-DR expression compared to the other two Sub-DC populations. No differences in the HLA-DR intensity were found between the Sub1- and Sub2-DCs. The rate of CD11c-positive cells was significantly higher in the Sub1-DCs than in the Sub2-DCs. However, the Sub3-DCs expressed no CD11c altogether. The proliferation assay over 7 days showed no significant differences between the subpopulations. Nevertheless, a tendency for lower levels of proliferating or CD25-positive T lymphocytes was seen in T cells co-cultured with the Sub2-DC. After 14 days, the ratio of proliferating T cells was 10 % higher with the Sub1-DCs than with the Sub2-DCs. The Sub1-DC co-culture yielded ca. 10 % more CD25+ T cells than the other two. The secretion assay revealed for all Sub-DCs a Th1 response of the T cells, with no differences in the amount of IFN-γ-positive T cells between the Sub-DC cultures. The results illustrate on one hand the proinflammatory potential (e.g. TNF-α secretion, higher proliferation), on the other hand the antiinflammatory effect (IL-10 secretion) of CD14++/CD16+ monocytes. A role in the regulation of inflammatory and infectious diseases seems to be possible for this subpopulation. The subpopulation 2 can be regarded as an independent fraction of monocytes. The functional differences between the analyzed monocyte subpopulations are further underscored following differentiation into immature dendritic cells. Considering the increased proportion of CD16+ monocytes in various autoimmune diseases and their clear subdivision in a CD14++/CD16+ and a CD14+/CD16+ subpopulation, new investigations about the clinical relevance are warranted. The findings obtained in the work presented could be in the basis for these future clinical studies.

Dendritic cells (DCs), a hematopoietic cell type belonging to the sub-group of cells called antigen presenting cells (APCs), inhabit a central role in innate and adaptive immunity. Although the DC family is very heterogeneous, all members share unique features. Most importantly, DCs can stimulate an immune response. This is due to the cells’ ability to capture and process antigens and to maturate in the presence of danger signals presented by pathogens. Maturation in turn results in the migration of DCs from the tissue they reside in to the draining lymph nodes, as well as in the subsequent presentation of the acquired antigens to T cells. In the skin, which is one of the most immunogeneic organs, DCs are present in sizable numbers in both the epidermis and the dermis. This study focused on two types of DCs: epidermal Langerhans cells (LCs) and dermal DCs (DDCs). While much is understood about LCs, far less is known about the role that DDCs play in skin immunity. Therefore one purpose of this study was to characterize DDCs and to compare their phenotype and functions to that of LCs. This study used two different methods to characterize human skin resident immune cells with regard to their number and distribution. First, a stable analytical immunohistochemistry-based method was developed and applied to a substantial number of healthy skin donors. This enabled a quantitative analysis of skin DC types and skin resident T cells at different anatomical locations in situ. A novel method to count dermal cell populations in situ was developed that resulted in the first published quantification of APCs, DDCs, as well as T cells in human dermis. Second, the traditional form of the emigration assay, which selectively enriches vital cells capable of ex vivo emigration from the skin, was upgraded toward a stable analytical method to separate epidermal LCs from DDCs. In this way, both skin DC types became accessible in sufficient numbers to allow for a comparison of phenotypes and functions in vitro. The resulting phenotypic observations clearly showed that both, LCs and DDCs are not fully mature after their emigration ex vivo and that both can be transformed into a phenotypically more mature state by treating them with inflammatory cytokines. What’s more, LCs are also functionally in an immature state after their emigration. They efficiently took up antigen, showed a low capacity to trans-migrate in response to chemokines, and demonstrated a low capacity to stimulate allogeneic T cells in a mixed leukocyte reaction (MLR). For the first time this study observed all these main APC functions not only for LCs but additionally for DDCs. As these observations were made in relation to LCs of the same donor, it could be concluded that DDCs are functionally more mature than LCs after emigration. DDCs showed a lower antigen uptake capacity than LCs but were superior in terms of their migratory and stimulatory capacity. However, treatment with cytokines could skew LC functions toward functional capacities observed for DDCs, i.e., it decreased LCs’ Ag uptake and increased their migratory and stimulatory capacity, whereas the cytokine treatment did not alter DDCs’ functional capacities. After improving immuno-histochemistry and the emigration assay using healthy skin samples, these newly developed techniques were implemented in clinical trials to observe the number, distribution and migratory capacity of skin DCs and T cells in patients undergoing allogeneic hematopoietic cell transplantation (aHSCT). Such a study is of importance because the turnover of DCs and T cells is closely associated with the occurrence of acute graft-versus-host disease (aGvHD), the major cause of morbidity and mortality after aHSCT. Due to the study design used, this study concisely demonstrate that at the onset of aGvHD, different DC types accumulate along with effector T cells in skin lesions of aGvHD but not in uninvolved skin of the same patient. These results suggest that in addition to donor T cells LCs and DDCs play a role during the early phase of cutaneous aGvHD directly within the site of inflammation. The view of many authors that DC depletion in the transplant recipient, especially in target organs, is a promising approach for aGvHD prophylaxis and therapy is further underscored by these results. One targeting strategy to inhibit GvHD by eliminating recipient DCs may be the use of DC specific monoclonal antibodies. Alemtuzumab (anti-CD52) is a monoclonal antibody and has proven effective in preventing aGvHD after aHSCT. It may, despite depleting donor T cells, also work by targeting recipient DCs. To determine whether the last mechanism of action is significant, a second clinical study investigated the effects of intravenous alemtuzumab on DCs by comparing the number of these cells in skin and blood of patients before and after a 4-week course of alemtuzumab treatment. The result was that although skin DCs weakly express the target antigen CD52 the number of these cells was not consistently reduced by alemtuzumab. In contrast, circulating blood DCs have a stronger CD52 expression and were significantly reduced by the treatment. In conclusion, this work provides new insights into the phenotypical and functional characteristics of human skin DCs, as well as into the fate of these cell types during aHSCT. The investigation of the APC system during aGvHD as carried out here will help to understand the process of aGvHD in more detail. All these efforts may hopefully support the development of new approaches for therapy and prevention of this major limitation of aHSCT and may help to improve this only curative therapy for several life-threatening diseases.

In this work, the influence of the second messenger cAMP on the functional plasticity of M-DC8+ dendritic cells (DC) was examined. The marker M-DC8 defines a population of native DC first described in blood. After their isolation, M-DC8+ DC acquire a mature CD83+ phenotype during a short culture ex vivo. After a challenge with LPS and IFN-g, M-DC8+ DC secrete large amounts of the proinflammatory cytokines IL-12(p70) and TNF-a surpassing by far other DC populations and monocytes. Due to their preferential induction of TH1-dominated T cell responses, M-DC8+ DC might play a role in the pathogenesis of inflammatory diseases. Different cAMP-elevating agents suppressed the proinflammatory cytokine production and enhanced the secretion of anti-inflammatory IL-10. Activity of phosphodiesterase (PDE) 4, the most important cAMP-hydrolysing enzyme in immune cells, was detected and RT-PCR revealed the expression of PDE4 subtypes 4A, 4B and 4D in M-DC8+ DC, whereas 4C was not detectable. The PDE4-specific inhibitors AWD12-281 and Roflumilast were then used to elevate cAMP concentrations. These substances have been proven to be efficient in anti-inflammatory therapies. In the presence of PDE4 inhibitors, the LPS/IFN-g-induced production of IL-12 and TNF-a was decreased by 90 % and 60 %, respectively, whereas the IL-10-release was doubled. These effects were only observed, if the PDE4 inhibitors where present from the beginning of the culture. The inhibition of the IL-12 secretion was reverted using an a-IL-10-receptor antibody. PDE4 inhibitor-treated M-DC8+ DC showed a reduced capacity to polarize TH1-cells, which was demonstrated analysing culture supernatants by ELISA and by single-cell analysis detecting intracellular IFN-g und IL-4. These results suggest that PDE4 inhibitors may not only be useful in the therapy of TH2-mediated diseases but also in TH1-dominated indications such as multiple sclerosis and Crohn´s disease. Despite the shift of the cytokine profile, the in vitro maturation of M-DC8+ DC was not affected by PDE4 inhibitors. The expression of CD83, CD80, CD86, MHC-molecules as well as CD54 and CD58, was assessed by FACS analysis. Correspondingly, in the presence of AWD12-281, M-DC8+ DC efficiently stimulated the proliferation of allogeneic CD4+CD45RA+ T-cells. In the second part of this study, the effects of an inhibition of cAMP-synthesis in M-DC8+ DC were analyzed. Two adenylyl cyclase (AC) inhibitors, 2,5-Dideoxyadenosine and SQ22536, clearly hampered the in vitro maturation of M-DC8+ DC. The expression of the DC maturation marker CD83 could be reconstituted using the stable cAMP-analogon 8-Br-cAMP. Measuring the intracellular cAMP concentration in M-DC8+ DC, initially low cAMP-levels were observed, but within 30 min the concentration raised and returned to original levels within 2 hrs. Blocking the cAMP synthesis by AC inhibitors, the LPS/IFN-g-induced production of IL-12, TNF-a and IL-10 was strongly reduced. Furthermore, it was demonstrated that M-DC8+ DC can only release IL-12 after a transient elevation of cAMP, i.e. they acquire a "license". Such a regulation of the IL-12 production has not been described before. Protein kinase A is an important effector molecule of cAMP. Inhibiting its activity resulted in a reduced expression of the DC maturation marker CD83 and a lower cytokine production underlining the importance of cAMP-signalling for the activation of M-DC8+ DC. In conclusion, this study provides evidence for a new concept of the immune-regulatory function of cAMP. Here, cAMP is essentially involved in the initial activation and maturation of DC and enables them to secrete large amounts of IL-12 and TNF-a upon stimulation with a TLR ligand. Conversely, a long-term elevation of cAMP-concentrations inhibits the proinflammatory effector functions of M-DC8+ DC and can induce anti-inflammatory responses by enhancing the secretion of IL-10. / In dieser Arbeit wurde der Einfluss des second messengers cAMP auf die funktionelle Plastizität von M-DC8+ dendritischen Zellen (DC) untersucht. Der Oberflächenmarker M-DC8 definiert eine zunächst im Blut beschriebene Population nativer DC. Nach ihrer Isolation erlangen M-DC8+ DC während einer kurzen Kultur einen maturen CD83+ Phänotyp. Nach Stimulation mit LPS und IFN-g produzieren native M-DC8+ DC deutlich höhere Mengen der proinflammatorischen Zytokine IL-12(p70) und TNF-a als andere DC-Populationen oder Monozyten. Dies resultiert in einer Programmierung TH1-dominierter T-Zellantworten. M-DC8+ DC könnten daher an der Pathogenese entzündlicher Krankheiten beteiligt sein. Unterschiedliche cAMP-erhöhende Substanzen supprimierten die proinflammatorische Zytokinproduktion und verstärkten gleichzeitig die Sekretion des anti-inflammatorischen IL-10. In M-DC8+ DC konnte die Aktivität von Phosphodiesterase (PDE) 4, dem wichtigsten cAMP-hydrolysierenden Enzym in Immunzellen, nachgewiesen werden. Durch RT-PCR wurde die Expression der PDE4-Subtypen 4A, 4B und 4D gezeigt, nicht aber 4C. Zur Erhöhung der cAMP-Konzentration wurden dann die PDE4-spezifischen Inhibitoren AWD12-281 und Roflumilast eingesetzt, deren klinische Effizienz bei anti-inflammatorischen Therapien belegt ist. Auch diese Substanzen verringerten die LPS/IFN-g-induzierte Produktion von IL-12 und TNF-a durch M-DC8+ DC um 90 % bzw. 60 %, während die IL-10-Freisetzung etwa verdoppelt wurde. Diese starken Effekte konnten nur erzielt werden, wenn die PDE4-Inhibitoren von Beginn der Kultur an eingesetzt wurden. Die Hemmung der IL-12-Sekretion wurde in Gegenwart eines a-IL-10-Rezeptor-Antikörpers aufgehoben. Unter dem Einfluss von PDE4-Inhibitoren war die TH1-Programmierung durch M-DC8+ DC deutlich reduziert, was sowohl durch die Analyse der Zellüberstände mittels ELISA als auch auf Einzelzell-Ebene durch intrazelluläre Detektion von IFN-g und IL-4 nachgewiesen wurde. Diese Ergebnisse legen nahe, dass PDE4-Inhibitoren nicht nur für TH2-vermittelte Erkrankungen sondern auch für TH1-dominierte Indikationen wie Multiple Sklerose oder Morbus Crohn von Nutzen sein könnten. Trotz der starken Modulation des Zytokinprofils blieb die in vitro-Ausreifung M-DC8+ DC unbeeinflusst von PDE4-Inhibitoren. Untersucht wurde die Expression von CD83, CD80, CD86, MHC-Molekülen, CD54 und CD58 mittels FACS-Analyse. Entsprechend induzierten M-DC8+ DC auch in Anwesenheit von AWD12-281 die Proliferation allogener CD4+CD45RA+ T-Zellen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde untersucht, wie sich die Blockade der cAMP-Synthese auf M-DC8+ DC auswirkt. Zwei Adenylatcyclase-Inhibitoren, 2,5-Dideoxyadenosine und SQ22536, hemmten die in vitro-Maturation von M-DC8+ DC deutlich. Die CD83-Expression wurde mit 8-Br-cAMP rekonstituiert. Messungen der intrazellulären cAMP-Konzentration in unbehandelten M-DC8+ DC zeigten initial niedrige cAMP-Spiegel, die innerhalb von 30 min anstiegen und nach 2 h wieder auf das Ausgangsniveau abfielen. Die LPS/IFN-g-induzierte Produktion von IL-12, TNF-a und IL-10 wurde durch AC-Inhibitoren deutlich vermindert. M-DC8+ DC erhalten nur nach einer transienten cAMP-Erhöhung die "Lizenz" IL-12 freizusetzen. Eine derartige Regulation der IL-12-Sekretion ist bisher nicht beschrieben. Eine Hemmung des cAMP-Effektormoleküls Proteinkinase A resultierte in der reduzierten Expression des DC-Maturationsmarkers CD83 und einer verringerten Zytokinproduktion. Dies unterstreicht die Bedeutung von cAMP für die Aktivierung M-DC8+ DC. Zusammenfassend gibt diese Arbeit am Beispiel nativer humaner DC Anhalt für ein neues Konzept der immunregulatorischen Funktion von cAMP. Hierbei ist cAMP wesentlich an der Ausreifung von M-DC8+ DC beteiligt, woraufhin diese große Mengen IL-12 und TNF-a sekretieren können. Dagegen wirkt eine langfristige cAMP-Erhöhung durch die Induktion von IL-10 anti-inflammatorisch.

Herpes simplex virus Typ 1 (HSV-1) ist ein humanpathogenes Virus der Familie Herpesviridae. Für eine erfolgreiche Virusreplikation besitzt HSV-1 mehrere Gene, die in den meisten infizierten Zelltypen Apoptose verhindern. Im Gegensatz dazu führt die HSV-1 Infektion eines zentralen Zelltyps des Immunsystems, den unreifen dendritischen Zellen (iDCs), zu Apoptose. Dies könnte ein Aspekt der HSV-1 Immunevasion sein. Bisher waren die Ursachen der Apoptose von HSV-1 infizierten iDCs unzureichend aufgeklärt. Es wurde jedoch gezeigt, dass das antiapoptotische zelluläre Protein c-FLIP in HSV-1 infizierten iDCs reduziert ist. In dieser Arbeit wurde die c-FLIP Menge in iDCs erstmalig mit Hilfe von RNA Interferenz erfolgreich reduziert. Dies bestätigte die Bedeutung von c-FLIP für die Lebensfähigkeit von iDCs. Folglich könnte auch die Reduktion der c-FLIP Menge nach HSV-1 Infektion iDCs für Apoptose empfindlich machen. Die HSV-1 induzierte c-FLIP Reduktion erfolgte in späten Stadien der Infektion, abhängig von der ordnungsgemäßen Expression viraler „early“ und „leaky late“ Gene. Sie fand nicht auf RNA Ebene statt und war unabhängig vom Proteasom und der Bindung an den „death inducing signaling complex“. Stattdessen wurde c-FLIP wahrscheinlich von einer viralen oder zellulären Protease abgebaut. In dieser Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass zusätzlich zu Veränderungen im zellulären Apoptosesignalnetzwerk der Mangel an einem antiapoptotischen viralen Faktor zur Apoptose von HSV-1 infizierten iDCs beiträgt. Eine Microarray Analyse der HSV-1 Genexpression ergab, dass HSV-1 Latenz-assoziierte Transkripte (LATs) in apoptotischen iDCs signifikant geringer exprimiert waren als in nicht-apoptotischen epithelialen Zellen. LATs besitzen in Neuronen und epithelialen Zellen eine antiapoptotische Aktivität. Diese könnte den Mangel an c-FLIP kompensieren. Übereinstimmend mit dieser Hypothese induzierte eine HSV-1 LAT-Deletionsmutante mehr Apoptose in iDCs im Vergleich zum Wildtyp-Virus. / Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) is a human pathogen which belongs to the family Herpesviridae. HSV-1 encodes several genes, which serve to efficiently prevent apoptosis in most infected cell types, thereby ensuring successful virus replication. In contrast, HSV-1 infection of one central cell type of the immune system, immature dendritic cells (iDCs), results in apoptosis. This could be one aspect of HSV-1 immunevasion. So far, the mechanisms underlying apoptosis of HSV-1 infected iDCs were poorly defined. However, it has been shown that the antiapoptotic cellular protein c-FLIP is reduced in HSV-1 infected iDCs. In this work, the amount of c-FLIP was for the first time successfully reduced in iDCs by RNA interference. This confirmed the importance of c-FLIP for viability of iDCs. Therefore, it is likely that c-FLIP reduction after HSV-1 infection also sensitizes iDCs to apoptosis. HSV-1 induced c-FLIP reduction occurred at late stages of infection and was dependent on proper expression of early and leaky late virus genes. Furthermore, it was not operative at the RNA level and was independent from the proteasome and binding to the death inducing signaling complex. Rather, c-FLIP was presumably degraded by a viral or cellular protease. In this work it was shown for the first time, that in addition to changes in the cellular apoptosis signaling network, the lack of one antiapoptotic viral factor contributes to apoptosis of HSV-1 infected iDCs. HSV-1 latency-associated transcripts (LATs) were significantly lower expressed in apoptotic iDCs compared to non-apoptotic epithelial cells, determined by microarray analysis of HSV-1 gene expression. It is known that in neurons and epithelial cells, LATs possess a potent antiapoptotic activity. This could compensate the lack of c-FLIP. Consistent with this hypothesis, a LAT deletion mutant of HSV-1 induced more apoptosis in iDCs compared to the respective wild type virus.

Mesenchymale Stromazellen (MSC) unterstützen die endogene Geweberegeneration und sind kaum immunogen. Die Mechanismen der Immunmodulation sind kaum bekannt. Diese Arbeit untersucht, ob MSC in die Interaktion von Dendritischen Zellen (DC), Natürlichen Killer (NK) und T Zellen eingreifen, indem sie die DC-Reifung beeinflussen. Das Netzwerk ist wichtig für die Differenzierung naïver T Zellen zu Typ 1 T Helferzellen (Th1). Abhängig vom DC-Subtyp und dem Zeitpunkt des Aufeinandertreffens, beeinflussten Knochenmark-MSC (BM-MSC) die in vitro DC-Reifung verschieden. Sie inhibierten die Differenzierung, aber nicht die Reifung humaner von Monozyten-abgeleiteter DC (moDC). BM MSC hatten keinen klaren Einfluss auf die Reifung plasmazytoider DC (pDC), während sie in aktivierten CD1c+ myeloiden DC (mDC) einen tolerogenen Phänotyp induzierten, charakterisiert durch eine geringere CCR7-abhängige Migration und ein tolerogenes Zytokinprofil. Daraus resultierend, wiesen BM-MSC-geprägte mDC aufgrund der veränderten IL 12/IL 10 Sekretion eine geringere Fähigkeit zur Stimulation der IFNγ Produktion in NK Zellen auf und induzierten weniger Th1 Differenzierung naïver T Zellen. Placenta-derived mesenchymal-like adherent stromal cells (PLX PAD) erzielten ähnliche Ergebnisse. Es konnte keine Alloimmunogenität in Patienten mit kritischer Ischämie der Extremitäten (CLI), die im Rahmen einer Phase I klinischen Studie allogene PLX PAD erhalten hatten, nachgewiesen werden. Keiner der Patienten entwickelte eine signifikante Gedächtnis T Zellantwort spezifisch für das Zellprodukt, was durch unsere in vitro Beobachtungen erklärbar sein könnte. Es ist schwierig MSC im Gewebe nachzuweisen, da Markerkombinationen notwendig sind. CD73+CD90+CD105+CD45-CD34-CD14-CD19- MSC konnten mithilfe einer neuen Multiplex-Immunhistologie-Technik (Chipzytometrie) in humanen Plazentaschnitten detektiert werden. Für die Zukunft könnte damit die Interaktion injizierter MSC mit Immunzellen in Biopsien untersucht werden. / Mesenchymal stromal cells (MSC) support endogenous tissue regeneration and seem to be low immunogenic, allowing application across MHC barriers. But little is known about the mechanisms for their immunomodulation. Hence, the main goal of this study was to understand if MSC interfere with the crosstalk between dendritic cells (DC), natural killer (NK) and T cells by influencing DC maturation. This network is important for efficient priming of naïve T cells into type 1 helper T cells (Th1). Bone marrow-derived MSC (BM-MSC) had diverse effects on DC maturation in vitro, depending on the DC subset and the time of interaction. BM MSC inhibited differentiation but not maturation of monocyte-derived DC (moDC). They did not have a clear effect on maturation of plasmacytoid DC (pDC), whereas they induced a tolerogenic phenotype in activated CD1c+ myeloid DC (mDC), characterized by an impaired CCR7-dependent migration and a tolerogenic cytokine profile. Consequently, BM-MSC-licensed mDC displayed a reduced ability to induce IFNγ production in NK cells due to their altered IL 12/IL 10 secretion. BM MSC-licensed mDC also induced less efficiently Th1 lineage commitment of naïve T cells. Similar results were observed with placenta-derived mesenchymal-like adherent stromal cells (PLX PAD). Samples from critical limb ischemia (CLI) patients treated with MHC-unmatched PLX-PAD within a phase I clinical trial were analysed for alloimmunogenicity. None of the patients developed a significant memory T cell response specific to the allogeneic cells, which might be explainable by our in vitro observations. MSC are difficult to detect in tissues because a set of lineage markers is needed. Here, CD73+CD90+CD105+CD45-CD34-CD14-CD19- MSC could be identified in human placenta cryosections using a novel multiplex-immunohistology technique (chipcytometry), offering the possibility to investigate the crosstalk between injected MSC and attracted immune cells in patient biopsies in the future.

CD1 Moleküle spielen eine wichtige Rolle in der Lipidpräsentation und T-Zell-Aktivierung. CD1d fungiert als Restriktionselement für NKT-Zellen, eine T-Zell-Untergruppe, die nach Erkennung von Glykosphingolipide (GSL), IFN-gamma und IL-4 produziert. NKT Zellen steuern folglich anschliessende Immunantworten. Den meisten infektiösen Mikroorganismen mangelt es jedoch an GSL-Antigenen zur Stimulation von NKT-Zellen. Der Wirtsorganismus hat daher einen Mechanismus entwickelt, der die Aktivierung der NKT-Zellen dennoch gewährleistet. NKT-Zellen erkennen auch endogene GSL, die in dendritischen Zellen (DZ) infolge von Toll-like-Rezeptor (TLR)-Stimulation durch Pathogene produziert werden. Bislang war unklar, wie genau TLR-Aktivierung zur Produktion von Selbst-GSL-Antigenen führt. Ziel dieser Arbeit war es die Verknüpfung der beiden Prozesse aufzudecken. Diese Dissertation zeigt, dass alpha-Galaktosidase A (a-Gal A) als lysosomales Schlüsselenzym für den konstitutiven Abbau von Selbst-GSL-Antigenen in DZ fungiert. NKT-Zellen antworteten auf CD1d-restringierte Antigene, die von DZ, denen a-Gal A-Aktivität fehlte, präsentiert wurden. Ferner expandierten NKT-Zellen nach adoptiven Transfer in a-Gal A-defiziente Mäuse in Abhängigkeit von CD1d-Expression im Wirtsorganismus. Diese Arbeit zeigte auch, wie GSL-Antigene dem Abbau durch a-Gal A entkommen und für die NKT-Zell-Aktivierung bei Infektionen verfügbar werden. Unter normalen Bedingungen wurden die GSL durch a-Gal A abgebaut. TLR-vermittelte Signale führten jedoch zu Inhibierung der a-Gal A-Aktivität in DZ und resultierten somit in einer GSL-Akkumulation in den Lysosomen. Wir identifizierten einen neuen Regulationsmechanismus der NKT-Zell-Aktivierung bei Infektionen, der auf der Induktion von lysosomalen GSL-Antigenen durch TLR-vermittelte Hemmung der a-Gal A-Aktivität beruht. Diese Dissertation beantwortet fundamentale Fragen der NKT-Zell-Biologie und ebnet den Weg dieses System für therapeutische Ansätze zu nutzen. / CD1 molecules are pivotal for lipid presentation to T lymphocytes. Notably, CD1d functions as a restriction element for NKT cells, a T-cell lineage that produces IFN-gamma and IL-4 following recognition of glycosphingolipids (GSL). Consequently, NKT cells exert decisive regulatory functions on downstream immune responses. Most microbes potentially causing infection of the host lack GSL antigens to stimulate NKT cells. However, facing this challenge, the host developed a mechanism to ensure NKT-cell activation. This pathway exploits the property of NKT cells to react with self GSLs produced in dendritic cells (DCs) stimulated by pathogens through Toll-like receptors (TLR). How TLR engagement leads to production of self GSL antigens remains elusive. The aim of this study was to provide a mechanistic link between these two processes. Here, we identified alpha-galactosidase A (a-Gal A) as a key lysosomal enzyme required for constitutive degradation of self GSL antigens in DCs. Accordingly, NKT cells exposed to DCs lacking a-Gal A activity were activated in the context of CD1d-presented antigens. In addition, NKT cells underwent robust expansion upon transfer to a-Gal A-deficient mice that required CD1d expression by the host. This study further addressed the critical question as to how GSL antigens escape degradation by a-Gal A, and thus become available for presentation to NKT cells in infection. Accordingly, we found that TLR signaling targeted a-Gal A activity for negative regulation in DCs. Consequently, GSLs degraded by a-Gal A in steady-state conditions were induced in lysosomes. Based on these findings, we propose a new pathway that warrants the activation of NKT cells in infection by self GSL antigens induced through TLR-mediated inhibition of a-Gal A activity. Overall, this dissertation answers fundamental questions in the NKT field, and paves the way toward exploring this antigen presentation axis for therapeutic use.