Universiẗat, Diss., 2000--Wuppertal.

Porcine circovirus type 2 is a single stranded DNA virus that belongs to the genus Circovirus in the family Circoviridae. This virus is associated with many kinds of diseases in pigs and causes significant economic losses in swine-breeding. In this study, two approaches of vaccination were tested in order to develop an effective vaccine against PCV2. The first approach was to test DNA vaccines. For this purpose, eukaryotic expression plasmids encoding two form of PCV2 Cap protein were constructed. The expression plasmids encoding murine TNF-α and IFN-α1 were also prepared for co-immunization with antigen encoding plasmid to enhance the immune response. The second approach is based on the previous finding that chimeric pentamers of VP1 mouse polyomavirus capsid protein fused with PCV2 can induce protective immunity against PCV2. These chimeric pentamers were further modified by AA substitutions in PCV2 Cap immunodominant epitope in order to enhance protective antibody response directed against PCV2. The chimeric pentamers and DNA vaccines were tested for ability to induce antibody immune response against PCV2 in mice. The results showed that chimeric pentamers are more potent inducers of protective antibody immune response against PCV2 compared to DNA vaccines. However, the protective antibody...

Die in Europa und Asien verbreiteten humanpathogenen Hantaviren sind mit dem "Hämorrhagischen Fieber mit renalem Syndrom" (HFRS) assoziiert, während die humanpathogenen Hantaviren in Nord- und Südamerika das "Hantavirale Pulmonale Syndrom" hervorrufen. In Mitteleuropa kommen die humanpathogenen Hantavirus-Spezies Puumalavirus (PUUV) und Dobravavirus (DOBV) vor. Infektionen mit dem PUUV führen zu milden klinischen Verläufen des HFRS, die auch als "Nephropathia epidemica" bezeichnet werden. Für das DOBV konnte in Mitteleuropa die sympatrische Existenz von 2 genetischen Linien, DOBV-Aa und DOB-Af, nachgewiesen werden, die von unterschiedlichen Nagetierwirten (Apodemus agrarius und A. flavicollis) getragen werden und möglicherweise unterschiedlich virulent für den Menschen sind. Chimäre Hepatitis B Virus-Corepartikel und Hefe-exprimiertes, rekombinantes PUUV-Nukleokapsid (N)-Protein stellen vielversprechende Impfstoffkandidaten dar, die in der Rötelmaus, dem natürlichen Wirt und Überträger des PUUV, eine schützende Immunantwort induzieren können. Eine hauptprotektive Determinante konnte im N-Protein des PUUV zwischen den Aminosäuren (AS) 1-45 lokalisiert werden; eine zweite, schwach protektive Determinante ist zwischen AS 75-119 lokalisiert. Die schwache Protektivität der 45 aminoterminalen AS des PUUV-N-Proteins (Stamm Vranica/Hällnäs) konnte durch Verwendung eines 120 AS-langen Segments deutlich verbessert werden. Ein Hefe-exprimiertes PUUV-N-Protein mit aminoterminalem Hexahistidinschwanz induzierte bei Verwendung von komplettem Freund´schen Adjuvans in allen vakzinierten Rötelmäusen eine schützende Immunität. Bei Verwendung von Aluminiumhydroxid, einem für humane Anwendungen zugelassenen Adjuvans, wurden alle immunisierten Tiere mindestens partiell, darunter 75 % der Tiere sogar komplett, vor einem nachfolgenden Viruschallenge geschützt. An der Induktion einer schützenden Immunität sind wahrscheinlich nicht nur zelluläre, sondern auch humorale N-Protein-spezifische Immunantworten beteiligt. / Human infections with European hantaviruses are associated with the "Haemorrhagic fever with renal syndrome" (HFRS), whereas North and South-American hantaviruses cause in human the "Hantavirus pulmonary syndrome". In Central Europe two hantavirus species, Puumala virus (PUUV) and Dobrava virus (DOBV), are pathogenic to human. PUUV infections result in milder clinical courses of HFRS, designated also as "Nephropathia epidemica". For DOBV the sympatric occurrence of two genetic lineages, DOBV-Aa and DOBV-Af, has been detected. These lineages are carried by two different rodent hosts (Apodemus agrarius and A. flavicollis) and might be of different pathogenicity to human. Chimaeric hepatitis B virus core particles and yeast-expressed recombinant PUUV nucleocapsid (N) protein are promising vaccine candidates. They are able to induce a protective immune response in bank voles, the natural host of PUUV. A major protective determinant has been localized between amino acids (aa) 1-45; a second, minor protective determinant is located between aa 75-119. The low protectivity of the 45 amino-terminal aa of the N protein of PUUV (strain Vranica/Hällnäs) can be overcome by the use of a larger, 120 aa-long segment of this N protein. A yeast-expressed PUUV N protein harboring an amino-terminal hexahistidin tag is able to induce a protective immunity in all immunized bank voles when applied with Freund´s complete adjuvant. Using alum, an adjuvant certified for human use, all immunized animals were protected at least partially, 75% even completely, against a subsequent virus challenge. Likely, the protective immunity is mediated not only by cellular but also by humoral immune responses against the N protein.

Die effiziente Präsentation von Tumorepitopen stellt einen kritischen Faktor zur Eliminierung von Tumorzellen durch die CD8+ cytotoxische T-Lymphozyten (CTL) vermittelte Immunantwort dar. Eine wichtige Rolle spielt in diesem Zusammenhang die effiziente Generierung von Tumorepitopen durch das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS). Veränderungen von Komponenten des UPS, die an der Degradation und Prozessierung von Antigenen beteiligt sind, können daher zur Immunevasion von Tumorzellen gegenüber CTL führen. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei unterschiedliche UPS-assoziierte Immunevasionsmechanismen des malignen Melanoms identifiziert, die auf einer ineffizienten Präsentation des immundominanten Tumorepitops Melan-A26-35 basieren. Ein Mechanismus beruht auf den unterschiedlichen katalytischen Eigenschaften von Proteasomsubtypen, deren Expression durch INFgamma induziert wird. Proteasomen, die einerseits die Immunountereinheiten beta1i und/oder beta2i beinhalten, oder anderseits mit dem Proteasomaktivator 28 (PA28) assoziiert sind, führen zu einer drastisch reduzierten Generierung des Tumorepitops Melan-A26-35. In beiden Fällen ist dies auf eine ineffiziente Prozessierung des N-Terminus des Epitops zurückzuführen. Der andere Immunevasionsmechanismus steht im Zusammenhang mit der ER-assoziierten Degradation (ERAD), die den retrograden Transport von Proteinen aus dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) ins Cytosol zur proteasomalen Degradation beinhaltet. Durch Immunselektion mittels Melan-A26-35-spezifischen CTL wurden cytolyseresistente Melanomzellen identifiziert, deren Resistenz auf eine defiziente ER-assoziierte Degradation zurückzuführen ist. Dieser Defekt beruht auf einer verminderten Expression von ERAD-Komponenten, deren Reduktion die Verfügbarkeit des Antigens Melan-A zur proteasomalen Degradation und Generierung des immundominanten Epitops Melan-A26-35 wesentlich limitiert. / Efficient presentation of tumor epitopes by MHC class I molecules on the cell surface is a prerequisite for the elimination of tumor cells by cytotoxic CD8+ T lymphocytes. The generation of these epitopes requires the degradation and processing of proteins by the ubiquitin proteasome system (UPS). Therefore alterations of UPS components can lead to tumor escape from immune recognition as a result of decreased epitope generation. In the present thesis two different UPS connected immune escape mechanisms of melanoma cells were identified. Both are based on an impaired generation of the immunodominant epitope Melan-A26-35 derived from Melan-A/MART-1 tumor antigen. One mechanism is mediated by the expression of different INFgamma-inducible proteasome immunosubunits leading to the formation of intermediate proteasome subtypes, which differ in their cleavage site preferences. Purified proteasomes harboring the immunosubunits beta1i and/or beta2i show a dramatic decrease in the generation of the Melan-A26-35 epitope. In addition, the INFgamma induced association of proteasomes with the proteaosome activator 28 (PA28) results in a reduced epitope generation. Both mechanisms are induced by an inefficient processing of the epitope’s N-terminus. The second immune escape mechanism is caused by defects of the ER-associated degradation pathway (ERAD). ERAD mediates the transport of ER-proteins back to the cytosolic compartment for proteasomal degradation. Via immunselection of tumor cells with Melan-A26-35 specific CTL, cytolysis resistant cells were identified. Resistance to CTL mediated lysis was shown to be connected to a decreased expression of ERAD components. This defect of the ERAD pathway limits the availability of the Melan-A protein and as consequence the generation of the immunodominant Melan-A26-35 epitope by proteasomes.

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Tumor malignancies are the second leading cause of death worldwide. One of the reasons for the failure of oncological treatment are the uniformly set clinical guidelines, which neglect the effect of high intertumoral heterogeneity. The in vitro chemosensitivity and resistance (CSRA) assays allow for the stratification of patients prior to therapy. Therefore, the CSRA are a long-considered method for personalization of components of chemotherapy regime. Nevertheless, none of them is being routinely used in clinical practice. Certain chemotherapeutics used for their cytotoxic and cytostatic effect are also able to induce so-called immunogenic cell death (ICD) of tumor cells and activate an anti-tumor immune response. Monitoring of changes in the expression of molecules associated with the regulation of the innate immune system on the surface of dying tumor cells would enable to predict the patient's ability to respond to treatment involving modern immunotherapeutics. The feasibility of CSRA using flow cytometry and microscopy is critically evaluated in this thesis on a model of bladder cancer. Simultaneously, the correlation of the immunogenic phenotype of tumor cells and their sensitivity to selected chemotherapeutics is discussed.

5 Abstract Even though prophylactic vaccine against human papillomavirus (HPV) is currently licensed, infections by the virus continue to be the major health problem mainly in developing countries. Considerable effort is being devoted to preparation of therapeutic vaccine and to decrease of the production costs of current vaccine. Viral proteins such as the E7 oncoprotein and the L2 capsid protein from HPV type 16 are promising targets for the development of the experimental anti-HPV vaccine. The aim of our work was optimization of expression of mutagenized E7 oncoprotein (E7ggg) fused to the C-terminus of Tobacco mosaic virus (TMV) coat protein (CP) or Potato virus X (PVX) CP in viral vectors derived from these plant viruses. The impact of linkers connecting CP and E7ggg fusion partners on expression and stability of fusion proteins was examined. The fusion proteins were first expressed in Escherichia coli (E. coli) MC1061 to assess the characteristics of the recombinant protein prior to their transient expression in both non-transgenic or transgenic Nicotiana benthamiana (N. benthamiana). We have obtained the high level expression in E. coli, but most of the expressed proteins based on TMV CP remained in insoluble inclusion bodies. To increase the ratio of soluble protein various molecular...

Multi-Antigen-Komplexe wurden in der Vakzinologie als effizientes Modell genutzt, um eine breite Impfstoffabdeckung gegen mehrere Stämme desselben Pathogens zu erzielen. Hier werden die Ergebnisse zur menschlichen B-Zell-Reaktion auf einen Multi-Antigen-Komplex (Bexsero) in drei Impfstoffen (Vax1, Vax2 und Vax3) dargestellt. Bexsero ist ein Impfstoff, der aus vier Antigenen (fHbp-GNA2091, NHBA-GNA1030, NadA und OMV (NZ98-254)) für Neisseria meningitidis (Nm) B besteht. Bei allen drei Impfstoffen konnten außerordentlich diverse Immunglobuline (Ig) beobachtet werden, die als Reaktion auf Bexsero mit einzigartigen Ig-Genselektionsmustern erzeugt wurden. Die Daten zeigen auch Igs, die eine Reihe von Spezifitäten aufweisen (Bexsero-spezifisch-reaktive Igs (nur Vax3) oder polyreaktive Igs (Vax2, Vax3 und Vax4)) und Affinitäten (hochbindende, mäßig bindende, schwach bindende und nicht reaktive Igs). Es wurde keine eindeutige Korrelation zwischen spezifischen Ig-Genmerkmalen und Ig-Reaktivitätseigenschaften beobachtet, obwohl Igs von allen Impfstoffen kollektiv unterschiedliche Affinitäten innerhalb/zwischen Cluster-Igs und zwischen Nicht-Clustern von Bexsero aufweisen, was potenzielle Vorteile für einen breiten Schutz mit sich bringt. Ig-Gen-Merkmale und Antigen-Reaktivitätseigenschaften von Igs, die gegen NHBA (22 Igs), fHbp (2 Igs) und NadA (2 Igs) erzeugt wurden, sind ebenfalls gezeigt. Diese Ig zeigten schwache Bindungsaffinitäten, wenn sie an endogen exprimierten Antigenen auf Nm mc58 getestet wurden, möglicherweise aufgrund eines ungeordneten N-Terminus von NHBA. Es wurde eine Anreicherung von hochmutierten polyreaktiven Ig beobachtet. Es werden unterschiedliche Immunoselektivitätsgrade für die verschiedenen Antigene beobachtet, was auf eine Antigenimmunodominanz sowie auf Hinweise auf eine Epitopmaskierung hindeutet. Mit einem kontrollierbaren System von 4 Antigenen eröffnen die Daten die Möglichkeit die menschliche B-Zell-Reaktion auf Multi-Antigen-Komplexe zu verstehen und zeigen, dass ein umfassendes Verständnis über die feinen zellulären und humoralen Einzelheiten der Immunantworten des Impfstoffs während klinischer Studien erforderlich ist. / Multi-antigen complexes have been exploited in vaccinology as an efficient model, to achieve broad vaccine coverage against multiple strains of the same pathogen. Here, the findings on the human B cell response to a multi-antigen complex (Bexsero) in three vaccinees (Vax1, Vax2 and Vax3) are shown. Bexsero is a vaccine comprising of four antigens (fHbp-GNA2091, NHBA-GNA1030, NadA and OMV (NZ98-254)) for Neisseria meningitidis (Nm) B. Immensely diverse (isotype distribution, IgVH and IgJH gene usage, CDR3 length distribution and clonal selection) immunoglobulins (Igs) generated in response to Bexsero with unique Ig gene selection patterns in all three vaccinees was observed. The data also shows Igs that exhibit a range of specificities {Bexsero-specific-reactive Igs (Vax3 Only) or polyreactive Igs (Vax2, Vax3 and Vax4)} and affinities (highly binding, moderately binding, weakly binding and unreactive Igs). No unique correlation between specific Ig gene features and Ig reactivity properties was observed, albeit Igs from all vaccinees collectively exhibit varied affinities within/between cluster Igs, and amongst non-clusters to Bexsero, with potential advantages for broad protection. Ig gene features and antigen-reactivity properties of Igs generated against NHBA (22 Igs), fHbp (2 Igs) and NadA (2 Igs) are also shown. These Igs exhibited weak binding affinities when tested on endogenously expressed antigens on Nm mc58, potentially due to disordered N-terminal of NHBA. Enrichment of highly mutated polyreactive Igs was observed. Varying degrees of immunoselectivity to the different antigens, suggesting antigen immunodominance as well as evidence of epitope masking are observed. With a controllable system of 4 antigens, the data opens a potential window to understanding the human B cell response to multi-antigen complexes and evinces the need for expansive understanding of the fine cellular and humoral details of vaccine immune responses during clinical trials.

Das Ubiquitin-Proteasom-System ist an der Degradation cytosolischer Proteine und der Generierung von Antigenen beteiligt, die über MHC Klasse I Moleküle CD8+ T Zellen präsentiert werden. Die Antigenprozessierung wird durch Typ I und II Interferone beeinflusst, welche die Formierung des Immunoproteasoms und des Proteasomen-Aktivators PA28 induzieren und so die katalytische Aktivität des Ubiquitin-Proteasom-Systems qualitativ verändern. In der vorliegenden Arbeit wurde im Zellkulturmodell unter dem Einfluss von IFN gamma die zunehmende Inkorporation der Immunountereinheiten in de novo assemblierende 20S Proteasomen und die daraus resultierende Veränderung der proteolytische Aktivität untersucht. Die Inkorporation der Immunountereinheiten wurde mittels 2D Gelelektrophorese und Western Blots von 20S Proteasomen untersucht, die nach unterschiedlicher Stimulationsdauer mit IFN gamma aus HeLa Zellen isoliert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass innerhalb der ersten 24h einer IFN gamma Stimulation die strukturelle Heterogenität des zellulären Proteasomenpools zunimmt, indem sowohl intermediäre als auch Immunoproteasomen assemblieren. In der Nativ-PAGE von Lysaten IFN gamma stimulierter Zellen wurde eine Zunahme des 20S Proteasoms als freier Komplex und in Assoziation mit PA28 beobachtet, während die Menge des zum ATP-abhängigen Abbau von polyubiquitinierten Proteinen notwendigen 26S Proteasoms unverändert blieb. Die Stimulation mit IFN gamma hatte eine Steigerung der gesamtproteasomalen Aktivität zur Folge, die unter Inhibition der Interaktion zwischen 20S Proteasom und PA28 verzögert erfolgte. Die katalytischen Eigenschaften isolierter Proteasomen wurden anhand der Generierung eines immunrelevanten Hepatitis C CTL Epitops des viralen Core Proteins in vitro untersucht. Im Verlauf der IFN gamma Stimulation de novo assemblierte Proteasomen wiesen jeweils unterschiedliche Präferenzen für die Generierung des untersuchten CTL Epitops auf. Eine weitere, proteasomen-spezifische Änderung der katalytischen Aktivität bewirkte die Assoziation des Proteasomen-Aktivators. Innerhalb der ersten zwölf Stunden einer IFN gamma Stimulation wurde das Epitop vermehrt mit der Unterstützung des Proteasomen-Aktivators generiert, nach 24 Stunden zunehmend durch freies 20S Proteasom. Die Ergebnisse der vorgestellten Arbeit zeigen, dass Strukturvarianten des Proteasoms zusammen mit PA28 redundant funktionieren und eine hohe proteolytische Plastizität des UPS gewährleisten. / The ubiquitin proteasome system is responsible for the degradation of cytosolic proteins and the processing of MHC class I restricted antigens. The generation of these antigens is influenced by type I and II interferons which induce the expression of immunoproteasomes and the proteasome activator PA28; and thereby impact the quality of peptides processed by the proteasome system. The adoption of the proteasome system to a proinflammatory environment has been investigated in a cell culture model by isolating proteasomes after different stages of IFN gamma stimulation. The composition of isolated proteasomes was analysed by 2D PAGE and western blot approach. The presented work shows that within 24h of IFN gamma stimulation an increasing heterogeneity of the cellular proteasome pool is observed, resulting from the assembly of both intermediate type proteasomes and immunoproteasomes at the early stage of IFN gamma stimulation. It could be shown by native PAGE of HeLa cell lysates that IFN gamma induces increasing amounts of 20S proteasomes and PA28 associated proteasomes without decreasing the amount of 26S proteasomes that are necessary for the ATP dependent degradation of ubiquitinated proteins; and resulting in an enhanced total proteasomal activity in vitro. This increase in activity was delayed when the interaction of 20S proteasomes and PA28 was inhibited. A comparative analysis of the ability of isolated 20S proteasomes to generate a known hepatitis C virus derived CTL epitope in vitro proved that during early IFN gamma stimulation de novo assembled proteasomes exhibited a structure specific preference to generate the HCV CTL epitope either alone or in combination with the proteasome activator PA28. Within the first 12h of IFN gamma stimulation the epitope was generated with higher efficiency by 20S proteasomes in association with PA28, whereas after 24h the impact of PA28 on the proteasome pool was less pronounced. The presented work shows that IFN gamma induces a heterogeneity of 20S proteasomes in the early stage of stimulation, acting in combination with the proteasome activator in a redundant manner; and provides a high proteolytic placticity of the proteasome system.

Lyme borreliosis is a multisystemic disease affecting skin, joints, heart and central nervous system. The disease is caused by spirochetes of Borrelia burgdorferi sensu lato complex. These bacteria are spread by ticks of Ixodes genus. In 2016 there were almost 4,000 newly infected individuals reported in the Czech Republic. Contemporary serological diagnostics of Lyme borreliosis is not sensitive nor specific enough and does not even correlate with the pathology of the disease in the early or late phases. For the correct diagnosis of the disease it is necessary to detect the pathogen and its genotype. For this reason we had aimed at two goals. Through the digital droplet PCR (ddPCR) method we detected Borrelia-specific DNA and its genotype. The detection limit of borrelial DNA was set on gDNA samples isolated from the tick. Detection threshold for the initial amount of 1 ng of tick gDNA is at the range of 10-17 g of specific borrelial DNA. Borrelia spp. coinfection was detected in 5 out of 12 tested samples. The most frequent type was B. garinii which was detected in 5 samples. On the basis of published sequences for virulent factors we have designed specific primers in conserved regions of the genes flanking their variable segments to be PCR amplified. Gene variability will be monitored through...