Jährlich gehen ca. 164000 Todesfälle (WHO, 2008) auf eine Infektion mit Masernviren (MV) zurück. Die Hauptursache für den tödlichen Verlauf der Krankheit ist die MV-induzierte Immunsuppression, deren zugrunde liegende Mechanismen noch nicht völlig aufgeklärt sind. Es gibt Hinweise darauf, dass MV einerseits die Funktionalität von T-Zellen beeinträchtigt, indem es die Aktindynamik behindert, und andererseits dendritische Zellen (DC) infiziert, was dazu führt, dass sie T-Zellen nicht mehr vollständig aktivieren können. Während der Entwicklung bzw. des Wachstums von Neuronen kommt es zum Kollaps wachsender Dendriten, wenn Semaphorine (insbesondere SEMA3A) an den Rezeptor Plexin-A1 (plexA1) und seinem Korezeptor Neuropilin-1 (NP-1) binden. Dieser Kollaps wird durch interferenz mit der Aktindynamik verursacht. In dieser Studie wurde die Funktion dieser drei Moleküle in Immunzellen bzw. ihre Rolle in der MV-induzierten Immunsuppression untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass plexA1 eine wichtige Komponente der humanen immunologischen Synapse (IS) ist. Nach CD3/CD28-Ligation kommt es zur transienten Translokation zur T-Zelloberfläche und zur Akkumulation an der Kontaktfläche zwischen T-Zelle und DC bzw. α-CD3/CD28 beschichteten Mikropartikeln. Wird die plexA1-Expression inhibiert (RNAi) oder die plexA1-Funktion gestört (exogenes Blockieren oder Expression einer dominant negativen Mutante), ist die T-Zellexpansion reduziert. Nach MV-Exposition ist die Translokation von plexA1 und NP-1, ebenfalls einem wichtigen Bestandteil der immunologischen Synapse, zur Kontaktfläche auf T-Zellseite gestört. Des Weiteren behindert eine MV-Infektion den plexA1/NP-1-Metabolismus in reifenden DC und führt zusätzlich zu einer frühen und starken Ausschüttung von SEMA3A durch DC, insbesondere in Gegenwart allogener T-Zellen. Durch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen wurde gezeigt, dass SEMA3A einen transienten Verlust aktinbasierter Zellfortsätze bei T-Zellen zur Folge hat. Zusätzlich reduziert SEMA3A das chemotaktische Migrationsverhalten von DC und T Zell und die Frequenz ihrer Konjugat-Bildung. Zusammenfassend stellt sich die Situation so dar, dass MV die Semaphorinrezeptorfunktion zum einen dadurch beeinträchtigt, dass es die Rekrutierung der Rezeptoren zur IS verhindert und zum anderen zur verfrühten Ausschüttung des kollapsinduzierenden Liganden SEMA3A führt. Beide Phänomene könnten einen wichtigen Beitrag zur MV-induzierten Immunsuppression leisten. / Measles virus (MV) infection causes approximately 164,000 deaths per year worldwide (WHO, 2008). The main cause of death is MV-induced immunosuppression but the underlying mechanisms are not fully understood. It has been suggested that MV renders T cells dysfunctional by disrupting the integrity of actin dynamics while MV infection of dendritic cells results in their inability to sustain T cell activation. During neuronal development, semaphorins (SEMAs), especially SEMA3A, induce a collapse of growing dendrites via the binding to plexin-A1 (plexA1) and its coreceptor neuropilin-1 (NP-1). The collapse results from a disruption of actin dynamics. In this study, the roles of these three molecules were investigated in human immune cells and their possible role in MV induced immunosuppression. The present data have shown that plexA1 is an important component of human immunological synapse (IS). It translocated transiently to the surface of T cells after CD3/28 ligation and accumulated at the stimulatory interface between T cells and DCs (or CD3/28 coated beads). When plexA1 expression was inhibited (RNAi) or its function was disrupted (exogenous blocking or dominant negative expression), T cell expansion was reduced. Upon MV exposure, translocation of plexA1 and NP-1, another important component of IS, towards the stimulatory interface in T cells was abrogated. Moreover, MV infection interfered with plexA1/NP-1 turnover in maturing DCs and promoted early and substantial release of SEMA3A from these cells, particularly in the presence of allogenic T cells. As revealed by scanning electron microscopy, the release of SEMA3A caused a transient loss of actin-based protrusions on T cells. SEMA3A affected chemotactic migration of T cells and DCs, and reduced formation of allogenic DC/T cell conjugates. In conclusion, MV targeted SEMA receptor function both by disrupting their recruitment to the IS and by promoting a premature release of their repulsive ligand, SEMA3A. Both of which could contribute to MV-induced immunosuppression.

Dendritische Zellen (DZ) aktivieren naive CD4+ und CD8+ T-Lymphozyten und spielen daher die entscheidende Rolle bei der Auslösung einer Immunantwort gegenüber pathogenen Mikroorganismen. In dieser Arbeit wurde die Interaktion von DZ mit Listeria monocytogenes untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass L. monocytogenes effizient in unreife, humane DZ aufgenommen wird. Die Phagozytoserate von L. monocytogenes unter Zugabe von humanem Plasma war wesentlich höher als im Plasma-freien Medium oder Medium mit fötalem Kälberserum (FCS). Die Zugabe von Immunglobulinen führte zu einem konzentrationsabhängigen Anstieg der Phagozytose von L. monocytogenes in humane DZ, der mit der Phagozytoserate bei Zugabe von humanem Plasma vergleichbar war. Plasma von gesunden Spendern enthielt Antikörper gegen das listerielle Oberflächenprotein p60. Durch die Verwendung einer p60 Deletionsmutante konnte gezeigt werden, dass der p60 Antikörper das Haupt-Opsonin für die Aufnahme von L. monocytogenes in Mo-DZ darstellt. Die Aufnahmerate dieser Mutante zeigte nur geringe Differenzen bei An- oder Abwesenheit von humanem Plasma während der Inkubationszeit, was den Schluss zulässt, dass Immunglobuline gegen das Oberflächenprotein p60 von L. monocytogenes und anderen apathogenen Listerien, für die effiziente Phagozytose verantwortlich sind. Nach Aufnahme der Listerien befanden sich die meisten (> 95 Prozent) DZ in Membran-umgrenzten Phagosomen und sehr selten frei im Zytosol. Die Mehrzahl der Listerien wurde im Phagosom der humanen DZ effizient lysiert. L. monocytogenes-infizierte DZ entwickelten sich phänotypisch zu reifen DZ. Die durch Listerien ausgelöste Maturation der DZ ließen sich durch die Zugabe von listerieller Lipoteichonsäure (LTA) nachahmen. Obwohl bekannt ist, dass eine Listerieninfektion in anderen Zellkulturen Zelltod induziert, führte die Infektion humaner DZ lediglich in weniger als 20 Prozent der infizierten DZ zur Nekrose. Apoptotischer Zelltod konnte nicht nachgewiesen werden. Die Interaktion humaner DZ mit L. monocytogenes könnte somit eine Verbreitung der Bakterien im Organismus verhindern. Langfristig gesehen ergeben die in dieser Arbeit gewonnenen Daten zur Interaktion DZ mit L. monocytogenes Erkenntnisse zur Entwicklung neuer DNA-Vakzinierungsstrategien mit L. monocytogenes als DNA-Träger. / Dendritic cells (DC) activate naive CD4+ and CD8+ lymphocytes and are therefore critical for the initiation of an immune response against microorganisms. In this work the interaction between DC and L. monocytogenes was examined. Immature DC show a very efficient uptake of L. monocytogenes. Phagocytosis was much higher in the presence of human plasma than with plasma free media or media with fetal calf serum (FCS). However, the addition of immunoglobulins showed a concentration dependent increase in phagocytosis comparable with the addition of human plasma. Human plama contains antibodies against the listerial surface protein p60. By using a iap-deletion mutant it was shown that antibodies against p60 are the main opsonin for the uptake of L. monocytogenes into DC. Because no difference in the uptake of this deletion mutant in the presence or absence of human plasma was observed; antibodies against p60 appear to be resonsible for the efficient uptake of L. monocytogenes and other apathogenic Listeria strains. A major portion of internalized bacteria is found in membrane-bound phagosomes and rarely free in the cytosol. Most of the bacteria that were taken up by DC were killed very efficiently in the phagosome. Interestingly, infection with L. monocytogenes caused maturation of the immature DC into mature DC. This effect appeared to be largely mediated by listerial lipoteichoic acid. Although L. monocytogenes infection is known to induce death in other cell types, DC were relatively resistant and only 20 per cent of infected DC underwent cell death. Uptake, maturation and resistance to apoptosis suggest that DC are essentiel antigen presenting cell (APC) for L. monocytogenes immunity. Thus these observations into the interaction of L. monocytogenes with human DC provide an important into the pathogenesis of Listeria infection as well as providing a basis for Listeria-based vaccination strategies.

The present investigation report a protocol to obtain dendritic cells (DC) that protects mice against fatal leishmaniasis. DC were generated from bone marrow precursors, pulsed with leishmanial antigen and activated with CpG oligodeoxinucleotides. Mice that were vaccinated with these cells were strongly protected against the clinical and parasitological manifestations of leishmaniasis and developed a Th1 immune response. protection was solid and long-lasting, and was also dependent of the via of administration. Whe the mechanism of protection was studied, it was observed that the availability of the cytokine interleukin-12 at the time of vaccination was a key requirement, but that the source of this cytokine is not the donor cells but unidentified cells from the recipients. / En esta tesis se reporta un prtocolo para obtener celulas dendriticas (CD) que inducen una respuesta protectora contra la leishmaniasis en ratones susceptibles. Las CD se generaron de precursores de medula osea, se pulsaron con antigeno de Leishmania y se activaron con oligonucleotidos que contienen motivos CpG. Cuando los ratones se vacunan con estas celulas se observa una fuerte proteccion clinica y parasitologica contra la leishmaniasis. Los ratones se protegen debido a que desarrollan una respuesta inmune de tipo Th1, en contraste con la respuesta Th2 desarrollada por los ratones control. La proteccion fue solida y duradera y fue dependiente de la via de administracion de las CD. Cuando se estudio el mecanismo de proteccion, se encontro que se requiere la presencia de la citokina interleukina 12 en el momento de la vacunacion, y que la fuente de esta citokina no son las celulas donadoras, sino celulas de los ratones recipientes.

Dendritische Zellen stellen ein essentielles Bindeglied zwischen angeborener und adaptiver Immunität dar. Sie stammen aus dem Knochenmark und bilden ein Netzwerk von heterogenen Zellpopulationen. In peripheren Geweben liegen sie als unreife Zellen mit einem hohen Potential zur Aufnahme und Prozessierung von Mikroorganismen vor. Nach der Aufnahme von eindringenden Mikroorganismen beginnen dendritische Zellen jedoch, sich von einem prozessierenden in ein präsentierendes Stadium zu differenzieren, und wandern zu den sekundären lymphatischen Organen, um dort den naïven T-Zellen die mikrobiellen Antigene zu präsentieren. Die gerichtete Wanderung von dendritischen Zellen ist hierbei ein zentraler Bestandteil der immunstimulatorischen und -modulatorischen Funktion dieser Zellen. Eine essentielle Rolle bei diesem Migrationsverhalten spielen chemotaktische Zytokine (Chemokine). Chemokine sind Proteine mit einem niedermolekularen Gewicht (8-10 kDa), welche anhand ihres strukturellen Cysteinmotifs in vier Gruppen unterteilt und entweder als CXC-, CC-, C- und CX3C- Chemokine oder als α-, β-, δ- und γ-Chemokine bezeichnet werden. Arbeiten der eigenen Arbeitsgruppe am Modell der kutanen Leishmaniose haben jedoch gezeigt, dass die Funktion von Chemokinen weitaus mehr umfasst, als lediglich die zielgerichtete Steuerung der Migration immunologisch wichtiger Zellen. So konnte in diesen Studien nicht nur gezeigt werden, dass das Muster der Expression von Chemokinen mit der Schwere des Krankheitsbildes korreliert, sondern auch, dass das Chemokin CCL2/MCP-1 in der Lage ist, einen direkten Einfluss auf die intrazelluläre Erregerabwehr zu nehmen. Diese Arbeiten bezogen sich jedoch auf humane Hautbiopsien und aus Humanblut isolierten Zellen. Eine detaillierte Analyse des Infektionsverlaufes unter definierten Bedingungen (konstante Infektionsdosis und -art, kontrollierte Infektionsdauer, Verwendung von klonierten Parasiten, einheitlicher genetischer Hintergrund des Wirts) ist bei Patienten jedoch nicht möglich. Deshalb wurde die experimentelle Leishmanieninfektion von Inzuchtmäusen (suszeptible BALB/c- und resistente C57BL/6-Mäuse) herangezogen, um die Kinetik der Chemokinexpression und deren Korrelation mit dem Verlauf der kutanen Leishmaniose zu bestimmen. Die Arbeiten dieser Doktorarbeit zeigen erstmals, dass ebenso wie im humanen System bei der experimentellen Leishmaniose in der Maus die Fähigkeit zur Abwehr dieses Erregers mit einer verstärkten Expression von CCL2/MCP-1 in der infizierten Haut korreliert. Des Weiteren konnte zwar eine CCL2/MCP-1-induzierte leishmanizide Wirkung in murinen Makrophagen festgestellt werden, ein vergleichbarer Effekt blieb bei Langerhans-Zellen, den dendritischen Zellen der Haut, jedoch aus. Weiterhin sollte der Einfluss einer Leishmanieninfektion auf das CCL2/MCP-1- induzierte Wanderungsverhalten von Langerhans-Zellen untersucht werden, da aus der Literatur bekannt ist, dass das Chemokin CCL2/MCP-1 die Migration dendritischer Zellen induziert. Die Studien der Doktorarbeit ergaben hierbei, dass eine Infektion mit Leishmania major zu einer signifikanten Verminderung der durch CL2/MCP-1 oder CCL3/MIP-1α induzierten Migration von Langerhans-Zellen führt. Eine mögliche Ursache für dieses Resultat war hierbei in dem Einfluss einer Infektion mit Leishmanien auf die Expression von Chemokinrezeptoren in dendritischen Zellen zu finden. Anschließende Untersuchungen der mRNA-Expression dieser Rezeptoren konnten diese Vermutung bestätigen. So wurde nach einer Infektion von dendritischen Zellen mit L. major eine Reduktion der mRNA-Expression der Chemokinrezeptoren CCR2 und CCR5 festgestellt. Anschließende FACS-Analysen und Studien mit Hilfe des konfokalen Lasermikroskops führten zu einem ähnlichen Resultat. Interessanterweise bewirkt die Infektion mit L. major andererseits eine Hochregulation der mRNA-Expression von CCR7 in dendritischen Zellen. Von diesem Rezeptor ist bekannt, dass er die Chemokine CCL19/MIP-3β und CCL21/6Ckine, welche im Lymphknoten konstitutiv exprimiert werden, mit großer Affinität bindet und für die zielgerichtete Migration dendritischer Zellen in dieses Organ essentiell ist. Weitere Versuche ergaben zudem eine verstärkte CXCL10/IP-10-mRNA-Expression in dendritischen Zellen aus L. major-resistenten C57BL/6-Mäusen, welche bei dendritischen Zellen aus BALB/c-Mäusen nicht festgestellt worden ist. Zusammenfassend konnte in dieser Doktorarbeit gezeigt werden, dass eine Infektion dendritischer Zellen mit L. major sowohl bei suszeptiblen als auch bei resistenten Mäusen zu einer Modulation der Expression von Chemokinrezeptoren führt, die sowohl für die Lokalisation der Zellen in den entzündeten Hautarealen verantwortlich sind (CCR2 und CCR5), als auch ihre Wanderung in die Lymphknoten steuern CCR7). Darüber hinaus lässt die wirtsspezifische Modulation des Chemokins CXCL10/IP-10 in resistenten Tieren vermuten, dass sie zur Kontrolle der Infektion beiträgt. / Dendritic cells (DC) represent an essential link between innate and adaptive immunity. DC are bone marrow-derived and form a network of heterogeneous cell populations. In peripheral tissue they are in an immature state, with a high potential for taking up and processing microorganisms. After taking up invading pathogens, DC differentiate from a “processing” into a “presenting” stage, while migrating to the secondary lymphoid organs in order to present microbial antigens to naïve T cells. The directed migration of dendritic cells is a central component in the immunostimulatory and modulatory function of these cells. Chemotactic cytokines (chemokines) are critical for these migratory pathways. Chemokines are proteins of low molecular weight (8-10 kDa) and can be classified into four groups on the basis of a cysteine structural motif, known as either the CXC, CC, C and CX3C or the α, β, δ and γ subfamilies. Studies using the model of cutaneous leishmaniasis have shown, however, that the function of chemokines is much wider than only to control the migratory pathway of immunologically relevant cells. These previous studies demonstrated not only the correlation between the chemokine expression pattern and the course of the infection, but also the direct influence of the chemokine CCL2/MCP-1 on the intracellular defence of pathogens. However, these studies were based on skin lesions from patients and human monocytes. A more detailed analysis of the infection process under more defined conditions (constant infection dose, defined duration of infection, use of cloned parasites, uniform genetic background of the host) is not possible with human material. Therefore, the experimental Leishmania model with inbred mice (susceptible BALB/c and resistant C57BL/6 mice) was used to determine the kinetics of the chemokine expression and their correlation with the course of cutaneous leishmaniasis. The studies of this work demonstrated for the first time that the expression of CCL2/MCP-1 during experimental infection with Leishmania major in mice correlates with the capability to control this pathogen. Moreover, a CCL2/MCP-1 induced leishmanicidal effect on murine macrophages could be determined, but a comparable effect was not observed with Langerhans cells, the dendritic cells of the skin. Furthermore, in this work the influence of an infection with Leishmania on the CCL2/MCP-1-induced migration of Langerhans cells were examined, since it is known from the literature that CCL2/MCP-1 induces dendritic cell migration. The studies of this work demonstrated that an infection of Langerhans cells with L. major leads to a significant reduction of the CCL2/MCP-1- or CCL3/MIP-1α-induced migration rate of these cells. A possible reason for this result may be the influence of an infection with Leishmania on the chemokine receptor expression by dendritic cells. Further investigations of the mRNA expression of these receptors could confirm this assumption. They demonstrated reductions in the mRNA expression of the chemokine receptors CCR2 and CCR5 after an infection of dendritic cells with L. major. Moreover, FACS analysis and studies using confocal laser microscopy led to similar results and showed that the L. major-induced alterations in mRNA expression correlate with those at the protein level. Interestingly, a strong upregulation of CCR7 mRNA expression could be detected after infection of dendritic cells. This receptor is well known for binding the chemokines CCL19/MIP-3β and CCL21/6Ckine, which both are constitutively expressed on the lymph node, with high affinity. Moreover, this receptor is essential for a directed movement of dendritic cells to that organ. Further studies also showed an upregulation of the CXCL10/IP-10-mRNA expression in dendritic cells from L. major-resistant C57BL/6 mice, whereas it could not be detected in dendritic cells from susceptible BALB/c mice. In summary, this work demonstrated that an L. major-infection of dendritic cells from resistant mice as well as susceptible mice leads to a modulation in the expression of chemokine receptors that are responsible for the localisation of those cells into the inflammatory tissue (CCR2 and CCR5) and the migration of dendritic cells to the lymph node (CCR7). Moreover, the host-specific modulation of the chemokine CXCL10/IP-10 in resistant animals seems to play a role in the control of the infection.

Polarity and migration are essential for T cell activation, homeostasis, recirculation and effector function. To address how T cells coordinate polarization and migration when interacting with dendritic cells (DC) during homeostatic and activating conditions, a low density collagen model was used for confocal live-cell imaging and high-resolution 3D reconstruction of fixed samples. During short-lived (5 to 15 min) and migratory homeostatic interactions, recently activated T cells simultaneously maintained their amoeboid polarization and polarized towards the DC. The resulting fully dynamic and asymmetrical interaction plane comprised all compartments of the migrating T cell: the actin-rich leading edge drove migration but displayed only moderate signaling activity; the mid-zone mediated TCR/MHC induced signals associated with homeostatic proliferation; and the rear uropod mediated predominantly MHC independent signals possibly connected to contact-dependent T cell survival. This “dynamic immunological synapse” with distinct signaling sectors enables moving T cells to serially sample antigen-presenting cells and resident tissue cells and thus to collect information along the way. In contrast to homeostatic contacts, recognition of the cognate antigen led to long-lasting T cell/DC interaction with T cell rounding, disintegration of the uropod, T cell polarization towards the DC, and the formation of a symmetrical contact plane. However, the polarity of the continuously migrating DC remained intact and T cells aggregated within the DC uropod, an interesting cellular compartment potentially involved in T cell activation and regulation of the immune response. Taken together, 3D collagen facilitates high resolution morphological studies of T cell function under realistic, in vivo-like conditions. / Zellpolarität und Migration sind essentielle Voraussetzungen für T Zellaktivierung und homöostase sowie für Rezirkulation, und Effektorfunktionen. Um unter homöostatischen bzw. aktivierenden Bedingungen die Koordi¬nation von Polarisation und Migration von T Lymphozyten, die mit dendritischen Zellen (DC) interagieren, zu untersuchen, wurde ein Kollagenmatrix-Model mit niedriger Kollagendichte für konfokale Zeitraffermikro¬skopie und die hochaufgelöste Rekonstruktion fixierter Proben genutzt. Bei kurzen (5-15 min), migratorischen homöostatischen Kontakten behielten voraktivierte T-Zel¬len ihr amöboide Polarisation bei, während sie sich gleichzeitig Richtung DC polarisierten. Die hieraus resultie¬rende, dynamische und asymmetrische Kontaktflä¬che bestand aus allen Kompartimenten der migrierenden T-Zelle: Der F-Aktin-reiche vordere Zellpol („leading edge“) sorgte für Vor¬schub, hatte aber nur einen geringen Anteil an der Singaltransduktion; im mittleren Bereich („mid-zone“) waren MHC/TCR-abhängige Signale mit homöostatischer Proliferation assozi¬iert; und im als Uropod bezeichneten hintere Zellpol fanden sich vor allem MHC-unabhän¬gige Signale, die möglicherweise im Zusammenhang mit kontaktabhängigem Überleben stehen. Diese „dynamische immuno¬logische Synapse“ mit ihren Signaltransduktionsbereichen versetzt wan¬dernde T-Zellen in die Lage, nacheinander Kontakt zu mehreren antigenpräsen¬tierenden oder gewebsspezifischen Zellen aufzunehmen und so Informationen „im Vorbeigehen“ zu sammeln. Im Gegensatz zu homöostatischen Kontakten führte die Bindung des spezifischen Antigens zu langlebigen T Zellen/DC Kontakten, die mit der Abrundung der T Zelle und der Pola¬risation Richtung DC, der Auflösung ihres Uropods sowie der Ausbildung einer symmetri¬schen Kontaktfläche einher gin¬gen. Die Polarität der währenddessen fortge¬setzt migrierenden DC blieb dem gegenüber erhal¬ten und T-Zellen akkumulierten im DC-Uropod, einem interes¬santen Zellkompartiment, dass an T Zell-aktivierung und der Regu¬lation der Immunantwort beteiligt sein könnte. Zusammenge¬fasst ermöglicht das 3D Kollagenmatrix-Modell die hoch aufgelöste morphologische Untersu¬chung von T-Zell¬funk¬tionen unter realistischen, in vivo-artigen Bedingungen.

Durch die Immunsuppression bei Patienten nach Stammzell- oder Organtransplantation erhöht sich das Risiko für opportunistische Infektionen wie invasive Aspergillose (IA). IA wird hauptsächlich durch den Schimmelpilz Aspergillus fumigatus, der durch die Luft übertragen wird, verursacht. Deshalb haben Erkennung und Therapie von IA in den letzten Jahren eine immer größere Bedeutung erlangt. Für eine erfolgreiche Behandlung sind die Mechanismen des Immunsystems nach Kontaktaufnahme mit dem Pathogen von zentraler Bedeutung. Die Erstinfektion mit A. fumigatus findet in der Lunge statt. Als Bewohner der Alveolen wurden deshalb dendritische Zellen (DCs) auf ihre Fähigkeiten hin untersucht, das Immunsystem anzuregen. DCs besitzen vor allem die wichtigen Aufgaben, das Immunsystem zu modulieren und T-Lymphozyten zur Proliferation anzuregen. Ein Großteil dieser Arbeit befasst sich mit der Analyse des Einflusses des Immunsuppressivums 40-0-[2-Hydroxyethyl]rapamycin (RAD) auf neutrophile Granulozyten und auf die in vitro Generierung von moDCs sowie deren Fähigkeit mit dem Pathogen A. fumigatus zu interagieren. RAD bindet an das zytosolische FK506 bindende Protein (FKBP12), wodurch die Kinase mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibiert und somit die T-Zellantwort unterdrückt wird. Klinische Anwendung findet RAD bereits, um eine Immunsuppression bei Patienten nach Stammzell- oder Organtransplantation zu erhalten. Der oxidative Burst neutrophiler Granulozyten war nach RAD-Behandlung und Konfrontation mit A. fumigatus signifikant verringert. Die Generierung der moDCs aus Monozyten erfolgte über 7 Tage, wobei ab dem Tag der Isolation der Monozyten 10 nM RAD oder EtOH zur Kontrolle hinzugegeben wurde. RAD zeigte vielfältige Effekte auf die Immunfunktion dendritischer Zellen. Obwohl sich keine Änderung in der Differenzierung der moDCs fand, was durch die Oberflächenmarker CD1a+, CD14- und HLA-DR+ überprüft wurde, zeigte sich eine signifikante Reduktion der Rezeptoren TLR4 und Dectin-1 sowie der kostimulatorischen Moleküle CD40, CD83 und CD86. Nach Konfrontation mit A. fumigatus verblieb CD40 unter RAD Behandlung signifikant reduziert, während CD83 genau dieses Schema als Trend aufwies. Ferner wies CD86 sowohl in der Kontrolle als auch mit RAD-Behandlung die gleiche Expression auf. Nach 6 h Konfrontation der moDCs mit A. fumigatus waren die Zytokine IL-12, TNF-α und CCL20 auf Genexpressionsebene unter RAD reduziert, was sich auf Proteinebene teilweise bestätigen ließ, da sich hier erst nach 12 h eine signifikante Reduktion von IL-12, TNF-α und CCL20 in RAD-behandelten Zellen im Vergleich zu Kontrollzellen zeigte. Des Weiteren war das anti-inflammatorische Zytokin IL-10 signifikant reduziert. Die Phagozytose sowohl von FITC-Dextran-Beads als auch von A. fumigatus Konidien und zugleich die Schädigung von A. fumigatus Keimschläuchen war in unreifen RAD-behandelten moDCs signifikant reduziert. Ob moDCs, die mit RAD behandelt wurden, schlechter in der Lage waren, CD8+-T-Lymphozyten zur Proliferation anzuregen, geht nicht mit Sicherheit aus dieser Studie hervor, da große spenderabhängige Unterschiede auftraten. Es wurde zudem ein Vergleich von in vitro aus Monozyten differenzierten DCs (moDCs) und myeloiden DCs (mDCs) angefertigt. Mittels eines home-made Microarrays, der vor allem Gene mit einschloss, die für Zytokine und Rezeptoren von Immunzellen kodieren, konnten in einem Modell der frühen IA in der Lunge differentiell regulierte Gene nach Konfrontation mit A. fumigatus identifiziert werden. Es wurden insgesamt 30 Gene mehr als 2-fach reguliert, wie zum Beispiel die Interleukine und Chemokine IL-1β, IL-8, CXCL2, CCL3, CCL4 und CCL20, der Immunrezeptor PTX3 und der Transkriptionsfaktor Nf-κB. Generell konnte beobachtet werden, dass moDCs mehr regulierte Gene aufwiesen als mDCs. Zuletzt wurde betrachtet, ob der Knock-down von CXCL10, dessen Fehlen ein erhöhtes Risiko für IA nach sich zieht, einen Einfluss auf moDCs hat, so dass sie schlechter auf A. fumigatus reagieren können. Diese Hypothese konnte in dieser Studie nicht bestätigt werden, da kein Unterschied in der Zytokinproduktion oder Expression kostimulatorischer Moleküle zwischen Kontroll-moDCs und moDCs, in denen das CXCL10-Gen ausgeschaltet wurde, festgestellt werden konnte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Microarray-Analyse wichtige Gene in moDCs und mDCs identifizierbar waren, die nach Konfrontation mit A. fumigatus reguliert wurden. Zudem fanden sich lediglich minimale Unterschiede zwischen artifiziellen DCs und myeloiden DCs, die direkt aus dem Körper isoliert wurden. Eine Behandlung mit RAD erhöht das Risiko eines Patienten an invasiver Aspergillose zu erkranken unabhängig von der Eigenschaft des RAD, die Proliferation von T-Lymphozyten zu inhibieren. / Following a stem cell or solid organ transplant immunosuppressed patients have an increased risk of developing opportunistic infections such as invasive aspergillosis (IA), which is mainly caused by the most prevalent airborne mold, Aspergillus fumigatus. The diagnosis and therapy of IA have become increasingly relevant in recent years, making it essential to understand the mechanisms of the immune system. The infection generally spreads from the lung. Dendritic cells (DCs), whose major task is to activate T-lymphocytes, were therefore investigated for their ability to influence the immune system. 40-0-[2-Hydroxy-ethyl]rapamycin (RAD), a novel immunosuppressive drug, was analysed for its in vitro influence on the interaction of neutrophils and monocyte-derived dendritic cells (moDCs) with the pathogenic mould, A. fumigatus. RAD acts by bonding with the cytosolic FK506 binding protein (FKBP12) causing inhibition of the lipid kinase mammalian target of rapamycin (mTOR) which in turn results in the repression of T-cell activation. It is clinically used to prevent graft-versus-host disease or the rejection of solid organ and bone marrow transplants. RAD-treatment significantly decreased the oxidative burst of neutrophils after confrontation with A. fumigatus. moDCs were derived from monocytes through culture with granulocyte-macrophage colony-stimulating factor and interleukin-4 in the presence or absence of 10 nM RAD. Although there was no difference in the expression of the surface markers CD1a+, CD14- and HLA-DR+, RAD had various modulating effects on the immune function of moDCs. It reduced the expression of innate immunity receptors (TLR4 and dectin-1) and impaired the maturation capacity of moDCs as was observed in the reduction of co-stimulatory factors (CD40, CD83 and CD86). CD40 remained significantly reduced even after treatment with A. fumigatus, while CD83 only exhibit a downstream trend and CD86 did not stay reduced. RAD treatment significantly reduced the cytokine expression levels of IL-12, TNF-α, and CCL20 after 6 h stimulation of the moDCs with the mold. This was to some extent confirmed at protein level, where the same cytokines as well as IL-10 were significantly reduced in RAD-treated moDCs by comparison with reference cells after 12 h of stimulation with A. fumigatus. The phagocytosis and binding rate of dextran beads and conidia as well as the damage to A. fumigatus germ tubes were significantly reduced in DCs treated with the agent. It cannot be determined for certain whether moDCs under RAD-treatment were also less able to activate CD8+-Tlymphocytes because of the wide donor related discrepancies that they displayed. A home-made RNA microarray, which included genes coding for cytokines and receptors of immune cells, was used to identify several differentially regulated genes after confrontation with A. fumigatus. Furthermore, a comparison between monocyte-derived dendritic cells (moDCs) and myeloid dendritic cells (mDCs) was performed, revealing that only a few genes were regulated more than 2-fold and that fewer of these genes occured in mDCs than in moDCs. Among them were genes, such as the cytokines IL-1β, IL-8, CXCL2, CCL3, CCL4 and CCL20, the immune receptor PTX3 and the transcription factor Nf-κB. Finally, it was investigated whether the knock-down of the CXCL10-gene in moDCs potentially impaired the response of the immune cells to A. fumigatus. It is proven that the lack of CXCL10 results in a higher risk of IA. However, there was no difference in the cytokine production or the expression of co-stimulatory factors in control moDCs compared to moDCs treated with CXCL10 siRNA. In conclusion, important genes which had been up-regulated after confrontation with A. fumigatus in moDCs and mDCs, were successfully identified. Moreover, treatment with RAD during the generation of moDCs had a considerable effect on the ability of these cells to kill A. fumigatus and modulate the immune response. RAD treatment could thus increase the patient's risk of contracting invasive aspergillosis regardless of the drug's capacity to inhibit T-cell activation.

Dendritische Zellen (DCs) sind Antigen-präsentierende Zellen, die Pathogene erkennen und nach erfolgreicher Reifung spezifische adaptive Immunität induzieren. Die Infektion unreifer DCs durch Masernviren (MV) erfolgt CD150-abhängig und DC-SIGN-unterstützt. Infizierte DCs vermitteln wahrscheinlich den MV-Transport vom Respirationstrakt in sekundäre lym-phatische Gewebe, wo die MV-spezifische Immunität und die generalisierte Immunsuppressi-on initiiert werden sowie die MV-Transmission an T-Zellen stattfinden kann, die wesentlich für die Dissemination des Virus ist. Die MV-Infektion von iDCs initiierte deren Ausreifung begleitet von der moderaten Hochre-gulierung der CD150-Oberflächenexpression. Die Akkumulation viraler Proteine als auch die Freisetzung viraler Partikel waren in DCs im Vergleich zu Virus-produzierenden B-Zelllinie B95a beeinträchtigt. Diese Arbeit verglich die subzelluläre Verteilung der viralen Proteine in DCs und B95a-Zellen. In DC wiesen Matrix (M)-Proteine eine prominente Assoziation mit den Komponenten des Ribonukleoprotein (RNP)-Komplexes auf. Die ausgeprägte Relokali-sierung des Tetraspanins CD81 zu Phospho (P)-Protein-Kompartimenten und die Inhibition der räumliche Interaktion der untersuchten Tetraspanine waren spezifisch für B95a-Zellen. Weder in B95a-Zellen noch für DC konnte für MV ein virus-containing compartment (VCC) detektiert werden, das für HIV-1 zuvor beschrieben wurde. Um den zellulären Transport des M-Proteins in infizierten, lebenden DCs untersuchen zu können, wurde das Protein carboxyterminal mit dem Tetracystein (TC)-Tag fusioniert. Das M-TC Fusionsprotein zeigte alle untersuchten biologischen Eigenschaften des Wildtyp-Proteins bezüglich seiner subzellulären Verteilung, der Assoziation mit DRMs sowie der Generierung und Freisetzung von virus-like particles (VPLs). Innerhalb des Viruskontextes interferierte der TC-Tag allerdings stark mit der Virusreplikation bzw. Freisetzung. Durch die Verminderung der Partikelproduktion in DCs wird eine spezielle MV-Transmissionsstruktur für die effiziente Übertragung an T-Zellen benötigt. Die MV-Transmission an autologe T-Zellen basierte vorwiegend auf Infektion von DCs (cis-Infektion) und weniger auf DC-SIGN-gebundenen Virus (trans-Infektion). Die Interaktion zwischen dem MV-Glykoprotein H mit seinem Rezeptor CD150 war wichtig für die Transmission. Die Transmission von MV erfolgte hauptsächlich durch die Bildung von Kontaktflächen, entspre-chend den beschriebenen virologischen Synapsen, wo virale Proteine akkumulierten und CD150 aktinabhängig rekrutiert wurde, und seltener über aktinreiche Filopodien. Die HIV-VS Markerproteine ICAM-1, aktiviertes LFA-1, CD81, DC-SIGN und der phosphorylierte Ezrin / Radixin / Moesin (ERM)-Proteinkomplex polarisierten zur MV-VS. Moesin und der Substanz P Rezeptor (SPR), die Prozesse des MV-Eintritts oder der Aufnahme unterstützen, akkumulierten ebenfalls in den Transmissionsstrukturen. Zusammengefasst zeigte diese Arbeit, dass die gebildete Plattform für MV-Transmission (MV-VS) wichtige Gemeinsamkeiten mit der HIV-VS teilt. In der MV-VS akkumulierten Proteine, die Aktindynamiken regulieren, die die Konjugatstabilität verstärken und die die Membranfusion unterstützen, die einen effizienten Eintritt des MV in T-Zellen ermöglichen. / Dendritic cells (DCs) are antigen-presenting cells (APCs) that recognise pathogens and upon maturation induce specific adaptive immunity. Measles virus (MV) infects human immature DCs in a CD150- and DC-SIGN-dependent manner. Infected DCs possibly mediate MV transport from the respiratory tract to secondary lymphatics where induction of MV-specific immunity, generalized immunosuppression and MV transmission to T lymphocytes occurs, which is essential for viral dissemination. MV infection of DCs was accompanied by DC maturation and moderate upregulation of CD150 surface display. The accumulation of viral proteins and the release of infectious parti-cles were restricted in DCs as compared to the MV producing B cell line B95a. This work compared subcellular distribution of viral proteins in DCs in B95a cells. The association of the matrix (M) protein with components of the ribonucleoprotein (RNP) complex was more prominent in DCs. The distinctive redistribution of CD81 to P protein compartments as well as the inhibition of spatial tetraspanin interaction was confined to B95a cells. A virus contain-ing compartment (VCC) as described for HIV-1 earlier was neither detectable for MV in DCs nor in B95a cells. To monitor intracellular trafficking of de novo synthesised M protein in infected DCs, a tetra-cysteine (TC)-tag was fused to the c-terminus of the M protein. The M-TC fusion protein did not differ from the unmodified protein with regard to all biological properties examined such as intracellular distribution, DRM association and formation and release of virus like particles (VPLs). In the context of virus infection, the tag strongly interfered with virus replication and/or release. Because MV production is restricted in DCs, these require an organized structure for virus transmission to T cells. MV transmission to autologous T cells mainly relied on the DC infec-tion (referred to as cis-infection) while MV trapping by DC-SIGN and subsequent transmis-sion (referred to as trans-infection) played a minor role. Transmission essentially involved interaction between the viral glycoprotein H with its receptor CD150. In addition to rare asso-ciation with actin rich filopodial structures, viral proteins accumulated at DC/T cell contact interfaces consistent with that of the virological synapse (VS) to which also CD150 was re-cruited in an actin dependent manner. The HIV VS marker proteins ICAM-1, activated LFA-1, CD81, DC-SIGN and phosphorylated ezrin / radixin / moesin (ERM) protein complex also redistributed towards the MV VS. Moesin and substance P receptor which were implicated in assisting in MV entry earlier, also accumulated in the transmission structure. Taking together, this work showed that the forming platforms for MV transmission (MV VS) shares similarities with the HIV VS where proteins accumulate that may regulate actin dynamics, enhance conjugate stability and facilitate membrane fusion as required for efficient entry of MV into target T cells.

Cutaneous leishmaniasis is endemic in tropical and subtropical regions of the world. Effective vaccination strategies are urgently needed because of the emergence of drug-resistant parasites and severe side effects of chemotherapy. The research group of Heidrun Moll previously established a DC-based vaccination strategy to induce complete and long-lasting immunity to experimental leishmaniasis using LmAg-loaded and CpG ODN-activated DC as a vaccine carrier. Prevention of tissue damages at the site of L. major inoculation can be achieved if the BALB/c mice were systemically given LmAg-loaded BMDC that had been exposed to CpG ODN. The interest in further exploring the role of IL-4 aroused as previous studies allowed establishing that IL-4 was involved in the redirection of the immune response towards a type 1 profile. Thus, wt BALB/c mice or DC-specific CD11ccreIL-4Rα-/lox BALB/c mice were given either wt or IL-4Rα-deficient LmAg-loaded BMDC exposed or not to CpG ODN prior to inoculation of 2 x 105 stationary phase L. major promastigotes into the BALB/c footpad. The results provide evidence that IL4/IL-4Rα-mediated signaling in the vaccinating DC is required to prevent tissue damages at the site of L. major inoculation, as properly conditioned wt DC but not IL-4Rα-deficient DC were able to confer resistance. Furthermore, uncontrolled L. major population size expansion was observed in the footpad and the footpad draining LN in CD11ccreIL-4Rα-/lox mice immunized with CpG ODN-exposed LmAg-loaded IL-4Rα-deficient DC, indicating the influence of IL-4R-mediated signaling in host DC to control parasite replication. In addition, no footpad damage was observed in BALB/c mice that were systemically immunized with LmAg-loaded wt DC doubly exposed to CpG ODN and recombinant IL-4. Discussing these findings allow the assumption that triggering the IL4/IL4Rα signaling pathway could be a precondition when designing vaccines aimed to prevent damaging processes in tissues hosting intracellular microorganisms. / Die kutane Leishmaniose ist vor allem in den tropischen und subtropischen Regionen endemisch. Die Notwendigkeit der Erforschung und Etablierung einer Impfstoffstrategie basiert auf dem Auftreten von starken Nebenwirkungen während einer medikamentösen Behandlung, als auch auf die Entwicklung von Resistenzen des Parasiten gegenüber herkömmlichen Behandlungsmethoden. Die Arbeitsgruppe um Heidrun Moll etablierte eine auf dendritischen Zellen (DZ) basierende Immunisierungsstrategie, welche langlebige Immunität gegen experimentelle Leishmaniose vermittelt. Dabei dienen CpG ODN-stimulierte DZ als Adjuvans für L.-major–Antigene (LmAg). Die durch Infektion mit Leishmania-Parasiten hervorgerufene Gewebeschädigung kann in BALB/c-Mäusen verhindert werden, vorausgesetzt eine systemische Verabreichung von LmAg-beladenen und CpG ODN-aktivierten DZ erfolgte eine Woche vor der Infektion. Es konnte gezeigt werden, dass der Schutz durch die Induktion einer von Interleukin (IL)-12 und Interferon (IFN)-gamma dominierten T-Helfer (Th)1-Immunantwort herbeigeführt wurde und kranke Kontrollmäuse eine IL-4-dominierte Th2 Immunantwort aufwiesen. Mittlerweile zeigen zahlreiche Studien, dass IL-4 nicht ausschließlich eine krankheitsfördernde Funktion innehat, sondern auch die Fähigkeit zur Einleitung eine Typ-1-Immunantwort besitzt. Auf Grund dieser Studien wurde das Augenmerk auf die Rolle von IL-4 in der DZ-basierten Immunisierung gegen Leishmaniose in BALB/c Mäusen gelegt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Notwendigkeit der Stimulation der IL-4 Rezeptor alpha (IL-4Rα) Kette auf DZ, während einer DZ-basierten Immunisierung gegen Leishmaniose in BALB/c Mäusen gezeigt. Um dies zu erreichen, wurden Wildtyp (wt)-BALB/c-Mäuse oder DZ-spezifische CD11ccreIL-4Rα-/lox BALB/c Mäuse entweder mit wt oder IL-4Rα-defizienten LmAg-beladenen DZ mit oder ohne Aktivierung durch CpG ODN, eine Woche vor der Infektion mit 2x105 L. major Promastigoten in den Hinterfuß, immunisiert. Die in dieser Doktorarbeit gezeigten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Stimulation der IL-4Rα-Kette auf den als Adjuvans eingesetzten DZ erforderlich ist, um eine Gewebsschädigung an der Infektionsstelle zu verhindern, da konditionierte wt DZ, nicht aber IL-4Rα-defiziente DZ in der Lage sind, Schutz gegen Leishmaniose zu vermitteln. Des Weiteren konnte eine unkontrollierte Ausdehnung von Leishmania-Parasiten im infizierten Fuß und in den angrenzenden Lymphknoten von CD11ccreIL-4Rα-/lox Mäusen beobachtet werden, welche mit CpG ODN-aktivierten und LmAg-beladenen IL-4Rα-defizienten DZ immunisiert wurden. Dieser Befund zeigt den Einfluss der Stimulation der IL-4Rα-Kette auf wirtsansässigen DZ im Hinblick auf die Eindämmung der Parasitenreplikation und Parasitenverbreitung. Zusätzliche Analysen in BALB/c-Mäusen, welche mit LmAg-beladenen, CpG ODN- und rekombinanten IL-4-stimulierten DZ immunisiert wurden, zeigten einen resistenten klinischen Verlauf der Infektion. Die hier gezeigten Ergebnisse lassen die Vermutung zu, dass die durch die IL-4/IL-4Rα-Kette ausgelösten Signale in den DZ eine Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Immunisierung sind und sollten deswegen unbedingt bei der Entwicklung eines Impfstoffes gegen die gewebsschädigenden Folgen einer Leishmaniose oder anderer durch intrazelluläre Mikroorganismen verursachten Infektionen berücksichtigt werden.

Effective T cell immunity was believed to occur by mature DC, whereas tolerogenicity was attributed strictly to immature DC phenotypes. However, intermediate DC maturation stages were identified conditioned by inflammatory mediators like TNF. Furthermore, the T cell tolerance mechanisms are dependent on distinct modes and intensities of co-stimulation. Therefore, in this study it was addressed how distinct DC maturation signatures instruct CD4+ T cell tolerance mechanisms. DC acquire antigens from apoptotic cells for self-peptide-MHC presentation and functionally adapt presumed tolerogenic DC phenotypes. Here, immature murine bone-marrow derived DC representing both inflammatory and conventional DC subsets adapted a maturationresistant DC signature upon apoptotic cell recognition but no additional tolerogenic features. Immature DC instruct CD4+ FoxP3+ regulatory T cells in a TGF-β prone micro-environment or generate anergic CD4+ T cells hampered in the TCR-induced proliferation and IL-2 secretion. Secondary stimulation of such anergic CD4+ T cells by immature DC increased primarily IL-10 production and conferred regulatory function. These IL-10+ regulatory T cells expressed high levels of CTLA-4, which is potently induced by immature DC in particular. Data in this work showed that anergic T cells can be re-programmed to become IL-10+ regulatory T cells upon ligation of CTLA-4 and CD28 signalling cascades by B7 costimulatory ligands on immature DC. In contrast, semi-mature DC phenotypes conditioned by the inflammatory mediator TNF prevented autoimmune disorders by induction of IL-10+ Th2 responses as demonstrated previously. Here, it was shown that TNF as an endogenous maturation stimulus and pathogenic Trypanosoma brucei variant-specific surface glycoproteins (VSG) induced highly similar DC gene expression signatures which instructed default effector Th2 responses. Repetitive administration of the differentially conditioned semi-mature DC effectively skewed T cell immunity to IL-10+ Th2 cells, mediating immune deviation and suppression. Collectively, the data presented in this work provide novel insights how immature and partially mature DC phenotypes generate T cell tolerance mechanisms in vitro, which has important implications for the design of effective DC-targeted vaccines. Unravelling the DC maturation signatures is central to the long-standing quest to break tolerance mimicked by malignant tumours or re-establish immune homeostasis in allergic or autoimmune disorders. / Reife DC sind potente Induktoren von T Zell Immunität, wogegen unreife DC Stadien zur Induktion von Immuntoleranz befähigt sind. Zudem sind intermediäre semireife DC Entwicklungsstadien identifiziert worden, wie sie nach Behandlung mit inflammatorischen TNF entstehen. Die bekannten T Zell Toleranzmechanismen sind wiederum abhängig von unterschiedlicher Art und Intensität von Kostimulation. Hier wurde deshalb untersucht wie verschiedene DC Reifungsstadien CD4+ T Zelltoleranz induzieren können. DC nehmen apoptotisches Zellmaterial auf, was als Antigenquelle zur Präsentation von MHC/Selbstpeptid-Komplexen genutzt wird und tolerogene Funktionen in DC hervorrufen kann. Unsere Ergebnisse zeigten dass aus Knochenmark generierte DC der Maus, die sowohl inflammatorische als auch klassische DC Subtypen darstellen, nach Erkennung apoptotischen Zellmaterials reifungsresistent wurden, jedoch unverändert unreif und keine neuen tolerogenen Funktionen erwarben. Unreife DC induzierten in Gegenwart von TGF-β CD4+ FoxP3+ regulatorische T Zellen und in dessen Abwesenheit anergische CD4+ T Zellen. Wiederholte Stimulation anergischer CD4+ T Zellen durch unreife DC, induzierte deren IL-10 Produktion und regulatorische Eigenschaften. Diese IL-10+ regulatorischen T Zellen zeigten keine FoxP3 Expression, jedoch verstärkt CTLA-4, insbesondere nach Interaktion mit unreifen DC. Zusammen zeigten die hier erhaltenen Daten, dass das Reprogrammieren anergischer T Zellen zu IL-10+ regulatorischen T Zellen über CTLA-4 als auch über CD28 Signalkaskaden durch deren B7 Liganden auf der Zelloberfläche unreifer DC gesteuert wird. Frühere Arbeiten zeigten, dass repetitive Injektion semireifer DC, Autoimmunerkrankungen vorbeugen konnten durch die Induktion IL-10+ Th2 Antworten. Hier konnte gezeigt werden dass TNF als endogener Reifungsstimulus sowie pathogene T. brucei Varianten-spezifische Glykoproteine (VSG) sehr ähnliche semireife DC Reifungsqualitäten hervorrufen. Die entsprechend generierten Th2 Effektor Zellen unterschieden sich lediglich geringfügig in deren Zytokinproduktion. Repetitive Injektionen dieser semireifen DC induzierten ebenfalls IL-10+ Th2 Differenzierung und effektive Immundeviation in vivo. Insgesamt hat die vorliegende Arbeit wichtige Erkenntnisse ergeben, wie unreife und semireife DC die Generierung unterschiedlicher T Zell Toleranzmechanismen in vitro unterstützen. Diese Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung effektiver DC-basierter Immunvakzinen. Die Definition der verschiedenen DC Reifungsstadien ist von großer Bedeutung bei der Optimierung von Behandlungsverfahren gegen infektiöse Erreger, Krebs oder Autoimmunerkrankungen.

Atherosclerosis is the underlying cause of cardiovascular diseases and a major threat to human health worldwide. It involves not only accumulation of lipids in the vessel wall but a chronic inflammatory response mediated by highly specific cellular and molecular responses. Macrophages and dendritic cells (DCs) play an essential role in taking up modified lipids and presenting them to T and B lymphocytes, which promote the immune response. Enhanced activation, migration and accumulation of inflammatory cells at the local site leads to formation of atherosclerotic plaques. Atherosclerotic plaques become hypoxic due to reduced oxygen diffusion and high metabolic demand of accumulated cells. The various immune cells experience hypoxic conditions locally and inflammatory stimuli systemically, thus up-regulating Hypoxia-inducible factor 1α. Though the role of HIF1α in macrophages and lymphocytes has been elucidated, its role in DCs still remains controversial, especially with respect to atherosclerosis. In this project work, the role of HIF1α in DCs was investigated by using a cell specific knockout mouse model where HIF1α was deleted in CD11c+ cells. Aortic root sections from atherosclerotic mice showed presence of hypoxia and up-regulation of HIF1α which co-localized with CD11c+ cells. Atherosclerotic splenic DCs also displayed enhanced expression of HIF1α, proving non-hypoxic stimulation of HIF1α due to systemic inflammation. Conditional knockout (CKO) mice lacking HIF1α in CD11c+ cells, under baseline conditions did not show changes in immune responses suggesting effects of HIF1α only under inflammatory conditions. When these mice were crossed to the Ldlr-/- line and placed on 8 weeks of high fat diet, they developed enhanced plaques with higher T-cell infiltration as compared to the wild-type (WT) controls. The plaques were of a complex phenotype, defined by increased percent of smooth muscle cells (SMCs) and necrotic core area and reduced percent of macrophages and DCs. The mice also displayed enhanced T-cell activation and a Th1 bias in the periphery. The CKO DCs themselves exhibited increased expression of IL 12 and a higher capacity to proliferate and polarize naive T cells to the Th1 phenotype in vitro. The DCs also showed decreased expression of STAT3, in line with the inhibitory effects of STAT3 on DC activation seen in previous studies. When STAT3 was overexpressed in DCs in vitro, IL 12 was down-regulated, but its expression increased significantly on STAT3 inhibition using a mutant vector. In addition, when STAT3 was overexpressed in DCs in vivo using a Cre regulated lentiviral system, the mice showed decreased plaque formation compared to controls. Interestingly, the effects of STAT3 modulation were similar in WT and CKO mice, intending that STAT3 lies downstream of HIF1α. Finally, using a chromatin immunoprecipitation assay (ChIP), it was confirmed that HIF1α binds to hypoxia responsive elements (HREs) in the Stat3 gene promoter thus regulating its expression. When DCs lack HIF1α, STAT3 expression is not stimulated and hence IL 12 production by DCs is uninhibited. This excessive IL 12 can activate naive T cells and polarize them to the Th1 phenotype, thereby enhancing atherosclerotic plaque progression. This project thus concludes that HIF1α restrains DC activation via STAT3 generation and prevents excessive production of IL 12 that helps to keep inflammation and atherosclerosis under check. / Atherosklerose ist die zugrundeliegende Ursache kardiovaskulärer Erkrankungen und stellt weltweit eine bedeutende Gesundheitsgefahr dar. An der Erkrankung ist nicht nur eine Anreicherung von Lipiden in der Gefäßwand beteiligt, sondern auch eine chronische Entzündungsantwort, welche durch hochspezifische zelluläre sowie molekulare Reaktionen vermittelt wird. Makrophagen und dendritische Zellen (DCs) sind essentiell an der Aufnahme von modifizierten Lipiden sowie deren Präsentation gegenüber T und B Lymphozyten beteiligt, die ihrerseits wiederum Immunantworten fördern. Eine lokal gesteigerte Aktivierung, Migration und Akkumulation inflammatorischer Zellen trägt letztlich zur Bildung atherosklerotischer Plaques bei. Atherosklerotische Plaques werden aufgrund reduzierter Sauerstoff Diffusion und hoher metabolischer Aktivität der akkumulierten Zellen hypoxisch. Die verschiedenen Immunzellen sind lokal hypoxischen Bedingungen sowie systemisch inflammatorischen Stimuli ausgesetzt, wodurch sie Hypoxie-induzierten Faktor 1a (HIF1α) hochregulieren. Obwohl die Bedeutung von HIF1α in Makrophagen und Lymphozyten weitgehend aufgeklärt ist, ist dessen Rolle in DCs immer noch umstritten, insbesondere in Bezug auf Atherosklerose. In diesem Projekt wurde die Rolle von HIF1α in DCs mittels eines zellspezifischen Knockout Mausmodells untersucht, in welchem HIF1α in CD11c+ DCs deletiert wurde. Schnitte der Aortenwurzel aus atherosklerotischen Mäusen zeigten das Bestehen von Hypoxie und die Hochregulation von HIF1α, welches mit CD11c+ Zellen kolokalisierte. DCs aus der Milz atherosklerotischer Tiere wiesen ebenfalls eine erhöhte Expression von HIF1α auf, was eine nicht hypoxische Stimulation von HIF1α aufgrund systemischer Inflammation beweist. Konditionelle Knockout (CKO) Mäuse zeigten im Ausgangszustand keine Veränderung der Immunantwort was einen Einfluss von HIF1α unter ausschließlich inflammatorischen Bedingungen nahelegt. Eine achtwöchige atherogene Diät dieser Mäuse im Ldlr-/- Hintergrund resultierte in der Entwicklung größerer Plaques mit gesteigerter T Zell Infiltration im Vergleich zu wildtypischen (WT) Kontrollen. Die Plaques wiesen einen komplexen Phänotyp auf, der sich durch einen erhöhten prozentualen Anteil glatter Muskelzellen, nekrotischer Fläche sowie einen verminderten prozentualen Anteil an Makrophagen auszeichnete. Die Mäuse zeigten ferner eine erhöhte T Zell Aktivierung und eine Tendenz zur Th1 Antwort in der Peripherie. In vitro zeigten die konditionellen knockout DCs eine gesteigerte IL-12 Expression und eine gesteigerte Fähigkeit die Proliferation naiver T Zellen zu induzieren beziehungsweise in Richtung Th1 zu polarisieren. Die DCs wiesen ferner eine verminderte STAT3 Expression auf. Dies stimmt mit den in früheren Studien beobachteten inhibitorischen Effekten von STAT3 auf die Aktivierung von DCs überein. Eine Überexpression von STAT3 in DCs in vitro führte zu einer Herunterregulation von IL-12. Bei Inhibition von STAT3 mittels eines mutierten Vektors steigerte sich die Expression jedoch signifikant. Ferner führte eine STAT3 Überexpression in DCs mittels eines Cre-regulierten lentiviralen Systems in vivo zu einer verminderten Plaqueformation in den Mäusen im Vergleich zu Kontrollen. Interessanterweise waren die Auswirkungen der STAT3 Modulation in WT und CKO Mäusen ähnlich, was vermuten lässt, dass STAT3 HIF1α nachgeschaltet ist. Mittels eines Chromatin Immunpräzipitiations-Assays wurde letztlich bestätigt, dass HIF1α an Hypoxie-responsive Elemente im Stat3 Genpromotor bindet und dadurch seine Expression reguliert. Wenn DCs HIF1α fehlt wird keine STAT3 Expression gefördert, was eine ungebremste IL-12 Produktion durch DCs zur Folge hat. Dieses überschüssige IL-12 Sekretion kann naive T Zellen aktivieren und in Richtung eines Th1 Phänotyps polarisieren, wodurch das Voranschreiten atherosklerotischer Plaques gefördert wird. Dieses Projekt kommt folglich zu dem Schluss, dass HIF1α die Aktivierung von DCs über STAT3-Bildung beschränkt und eine übermäßige Produktion von IL-12 verhindert, wodurch Inflammation und Atherosklerose im kontrolliert werden.