Human cytomegalovirus (HCMV, Herpesviridae) can cause severe complications in the infected individuals undergoing hematopoietic stem cell transplantation. Nowadays, these patients are treated using antivirotics or HCMV-specific T cells derived from the seropositive graft donor. This study explored the possibility of redirecting HCMV-non-specific T cells from a seronegative donor towards HCMV-infected cells via chimeric antigen receptor (CAR), i.e. artificially designed T cell receptor. Viral glycoprotein B (gB) has been selected as a target for this receptor. Published sequence of a single chain variable fragment of a human antibody was used for the design of the CAR against gB (gBCAR). After the verification of production and surface localization in cell lines, gBCAR was being introduced into human T cells via lentiviral vectors. Human fetal lung fibroblasts (LEP) infected with HCMV were used as target cells after the expression of gB at their surface was demonstrated. gBCAR functionality was evaluated by the incubation of modified T cells with infected cells and subsequent analysis of media for IFNγ concentration, which was significantly higher in the setting of gBCAR T cells incubated with HCMV-LEP than in the control incubations. The results obtained show the specificity of gBCAR against...

Charles University Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmacology & Toxicology Student: Dominika Bezděková Supervisor: doc. PharmDr. Lukáš Červený, Ph.D. Title of diploma thesis: IN VITRO STUDY OF DRUG-DRUG INTERACTIONS OF HIV PROTEASE INHIBITOR DARUNAVIR ON EFFLUX ABC TRANSPORTERS Abstract: Darunavir is a drug used in the therapy of HIV belonging to the group of protease inhibitors. These protease inhibitors are used as a part of the combination antiretroviral therapy. For the increase of bioavailability, darunavir is always used in combination with ritonavir or cobicistat. As the CYP3A4 and ABCB1 (P-glycoprotein) transporter substrate, darunavir is a drug with a high potential to drug interactions. Considering the amount of adverse effects that can be caused by darunavir, it is necessary to know these drug interactions for the safety of therapy. Inhibition of the intestinal ABCB1 by the co-administrated drugs could also lead to the increased bioavailability of darunavir and to reduction of frequency of administration leading to a cheaper therapy. This thesis studies the drug-drug interactions of darunavir with in vitro methods using two cell lines - MDCKII and Caco-2 cells. The results from the transport of darunavir across the MDCKII cell monolayer indicates that darunavir is a ABCB1...

Charles University Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmacology & Toxicology Student: Veronika Halodová Supervisor: doc. PharmDr. Lukáš Červený, Ph.D. Title of diploma thesis: In vitro and ex vivo study of drug-drug interactions of antivirals on intestinal membrane transporters Tenofovir (TFV) is the first-line agent in the treatment of hepatitis B virus (HBV) infection for patients aged over 12 years and one of the first-line choices for the combination antiretroviral therapy (cART) of infections caused by human immunodeficiency virus (HIV). Two commercially available prodrugs have been developed for oral administration of TFV, tenofovir disoproxil fumarate (TDF) and tenofovir alafenamide fumarate (TAF). These prodrugs increase TFV membrane permeability and oral bioavailability. One of the factors that can affect the bioavailability of orally administrated drugs is active transport mediated by efflux transporters, mainly by P-glycoprotein (ABCB1, P-gp) and Breast cancer resistance protein (ABCG2, BCRP). It has been already proved that TDF and TAF are substrates of both of these transporters. The goal of this diploma thesis was to use in vitro and ex vivo models of intestinal barrier to assess the impact of the efflux transporters on TDF and TAF transport in the intestine and on their...

Die Entwicklung von Autoimmunerkrankungen wird durch eine Vielzahl verschiedener Faktoren verursacht, darunter gewisse Umwelteinflüsse, genetische Veranlagungen oder Virusinfektionen. So vielfältig die Ursprünge von Autoimmunerkrankungen sind, so divers sind die daraus resultierenden Erkrankungen, wodurch die Entwicklung zuverlässiger Therapien erschwert wird. Obwohl verschiedene Behandlungsmöglichkeiten existieren, welche die Symptome bei Autoimmunerkrankungen wie neuroinflammatorischer Multipler Sklerose (MS) mildern können, z.B. mit monoklonalen Antikörpern (mAk), wirken die meisten Medikamente breit und unspezifisch. Dies beeinträchtigt die Funktionalität des Immunsystems, was wiederum zu einem höheren Risiko für bakterielle und virale Infektionen, maligne Erkrankungen oder sekundäre Autoimmunität führen kann. Andere Therapieansätze untersuchen daher Möglichkeiten einer Antigen-abhängigen Immuntoleranz-Induktion. Allerdings befinden sich diese noch in den frühen Entwicklungsphasen und deren klinische Wirksamkeit muss noch bewiesen werden. Alternativ hat es sich in der onkologischen Immuntherapie als erfolgreich erwiesen, entweder natürliche oder gentechnisch veränderte Immunzellen zu aktivieren. Bisher wurden humane T-Zellen, welche mit Hilfe chimärer Antigenrezeptoren (CAR) mit ausgewählter Spezifität ausgestattet sind, sehr erfolgreich in der Klinik gegen Tumorerkrankungen genutzt. Basierend auf diesen klinischen Erfolgen stellt sich die Frage, ob CAR T-Zellen auch zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen eingesetzt werden können. Herkömmlichen CAR T-Zellen mangelt es jedoch sowohl an Flexibilität als auch an Kontrollierbarkeit, da sie mit einem CAR gegen ein einzelnes Antigen ausgestattet sind und in Gegenwart des Zielantigens dauerhaft aktiviert und nicht kontrollierbar sind. Um Limitationen konventioneller CARs zu überwinden, wurden universelle Adapter-CARs (UniCARs, RevCARs) in der Gruppe von Prof. Bachmann entwickelt. Die modulare UniCAR-Plattform besteht aus universell einsetzbaren UniCAR T-Zellen und anpassbaren antigenspezifischen Zielmodulen (TMs). Die Bindungseinheit des UniCAR basiert auf einem mAk mit Spezifität gegen ein Peptidepitop, das Teil des TMs ist und welches spezifisch an Zielantigene auf Tumorzellen bindet. Das TM fungiert als Adaptermolekül, das eine Vernetzung der UniCAR T-Zelle mit der Zielzelle herstellt. Nach der Vernetzung mit der Zielzelle über das TM wird die UniCAR T-Zelle aktiviert, so dass die Zielzelle eliminiert wird. Eine vor Kurzem vorgenommene Modifikation der extrazellulären UniCAR-Domäne führte zu der Reverse CAR (RevCAR)-Plattform, welche die Spezifität und Sicherheit noch weiter erhöhen sowie tonische Signale konventioneller CARs reduzieren soll. Dabei wurde die extrazelluläre mAk-basierte UniCAR-Domäne mit dem Peptidepitop des TM ausgetauscht. Eines der am besten untersuchten Autoantigene bei neuroinflammatorischen Erkrankungen ist das Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (MOG). Dieses Protein befindet sich ausschließlich im zentralen Nervensystem an der abaxonalen Membran der nervenschützenden Myelinscheide. Obwohl neuroinflammatorische Erkrankungen wie MS hauptsächlich durch T-Zellen verursacht werden, wurden bei MS-Patienten auch Autoantikörper gegen MOG nachgewiesen, was auf die Beteiligung autoreaktiver B-Zellen an der Verschlimmerung der Krankheit hinweist. Diese Ergebnisse werden durch die wirksame Behandlung von MS-Patienten mit anti-CD20-mAks belegt. In dieser Arbeit wurde MOG als erstes Modell-Zielantigen für das Retargeting von CAR-modifizierten T-Zellen gegen anti-MOG-Ak-exprimierende humane Zellen verwendet. Ziel dieser Arbeit war neue TMs basierend auf der extrazellulären Domäne des MOG Antigens zu entwickeln, die dazu dienen, UniCAR oder RevCAR T-Zellen zur Eliminierung von anti-MOG Ak-exprimierenden Zielzellen zu aktivieren. Zur Bestimmung des optimalen MOG-Antigen TM-Formats wurden für die UniCAR-Plattform ein monovalentes (25 kDa) und ein bivalentes MOG-Antigen TM (50 kDa) entwickelt. Die Wirksamkeit des UniCAR-Systems wurde in vitro demonstriert. Es konnte dabei gezeigt werden, dass beide TMs bereits nach einer kurzen Inkubationszeit von 8 Stunden eine TM-spezifische Lyse Anti-MOG scFv-exprimierender menschlicher Zelllinien durch UniCAR-T-Zellen vermitteln. Darüber hinaus war es möglich, das zytotoxische Potential der UniCAR-T-Zellen durch die Dosierung der TMs zu kontrollieren. Um zu überprüfen, ob der Effekt basierend auf der UniCAR-Platform gegen anti-MOG scFv-exprimierende Zielzellen noch gesteigert werden kann, wurde ein monovalentes MOG-Antigen RevTM für die RevCAR-Plattform entwickelt. In Kombination mit RevCAR-T-Zellen übertraf die Anwendung des RevTM beide UniCAR TMs hinsichtlich Bindungsaffinität und dosisabhängiger Zytotoxizität gegen zwei anti-MOG scFv-exprimierende Zelllinien in vitro. Außerdem war die Freisetzung proinflammatorischer und T-Zellwachstum-fördernder Zytokine im Vergleich zu UniCAR T-Zellen höher und ausgeprägter. Weiterhin wurde die Funktionalität des RevCAR-Systems gegen anti-MOG-scFv-exprimierende Zielzellen in vivo bewiesen. Zusammenfassend kann geschlussfolgert werden, dass die modularen Adapter-CAR T-Zell-Plattformen neben der Krebsimmuntherapie auch bemerkenswertes Potential für die Behandlung von MOG-assoziierten Autoimmunerkrankungen hat. Damit konnte ein erster Grundstein dafür gelegt werden, CAR T-Zellen auf die Anwendung in Autoimmunerkrankungen zu übertragen, um zukünftig gezielt fehlerhafte Immunzellen zu beseitigen, die nachweislich zur Verschlimmerung von Autoimmunerkrankungen beitragen.:Table of contents I List of abbreviations VI 1 Introduction 1 1.1 The human immune system 2 1.2 B cells and antibodies 3 1.2.1 Antibody structure 3 1.2.2 Tolerance induction 4 1.2.3 B cell activation 5 1.2.4 B cell functions in autoimmune diseases 6 1.3 Multiple sclerosis – an example for neuroinflammatory demyelination diseases 8 1.3.1.1 Disease phenotypes 9 1.3.1.2 Immunopathogenesis 9 1.3.2 Autoantigen myelin oligodendrocyte glycoprotein 11 1.4 Immunotherapy 14 1.4.1 Monoclonal antibody therapy 14 1.4.2 Chimeric antigen receptor therapy 16 1.4.2.1 UniCAR and RevCAR T cell system 18 1.4.2.2 CAR T cells in autoimmune diseases 22 1.5 Objectives 23 2 Materials and Methods 25 2.1 Materials 25 2.1.1 Consumables 25 2.1.2 Devices and software 27 2.1.3 Chemicals and reagents 32 2.1.4 Buffers and solutions 36 2.1.5 Enzymes and enzyme buffers 38 2.1.6 Kit systems 39 2.1.7 Plasmid vectors 39 2.1.8 Oligonucleotides 41 2.1.9 Antibodies 41 2.1.10 Basic media, additives, and recombinant proteins 43 2.1.11 Composition of culture media 44 2.1.12 Bacterial strain 46 2.1.13 Cell lines 46 2.1.14 Mouse strain 47 2.2 Methods 47 2.2.1 Molecular biological and microbiology methods 47 2.2.1.1 DNA digestion with restriction enzymes 47 2.2.1.2 Dephosphorylation of vectors 48 2.2.1.3 Agarose gel electrophoresis 48 2.2.1.4 Isolation and purification of DNA fragments from agarose gels 48 2.2.1.5 Ligation of DNA fragments 49 2.2.1.6 Heat-shock transformation of competent E. colis 49 2.2.1.7 Plasmid mini preparation 49 2.2.1.8 Plasmid midi preparation 50 2.2.1.9 Determination of DNA concentration 50 2.2.1.10 DNA sequencing 50 2.2.2 Cell biology methods 50 2.2.2.1 Cultivation of eukaryotic cells 50 2.2.2.2 Freezing and thawing cultured cells 51 2.2.2.3 Determination of cell number 52 2.2.2.4 Lentiviral transduction of eukaryotic cells 52 2.2.2.5 Immunofluorescence labeling 54 2.2.2.6 Flow cytometry and analysis of flow cytometry data 55 2.2.2.7 Isolation of human peripheral blood mononuclear cells 57 2.2.2.8 Isolation of T cells from PBMCs with magnetic-activated cell sorting 58 2.2.2.9 Stimulation of isolated human T cells 58 2.2.2.10 Engraftment of T cells with chimeric antigen receptors 59 2.2.3 Methods of protein biochemistry 59 2.2.3.1 Isolation of target module constructs 59 2.2.3.2 Dialysis of purified target module constructs 60 2.2.3.3 Discontinuous Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis 60 2.2.3.4 Determination of concentration and immunochemical detection of target module constructs 62 2.2.3.5 Determination of binding affinities of target modules using enzyme-linked immunosorbent assay 63 2.2.4 In vitro functional studies 64 2.2.4.1 T cell activation and exhaustion assay 65 2.2.4.2 Luciferase assay (cytotoxicity assay) 65 2.2.4.3 Determination of cytokine concentration 65 2.2.5 In vivo functionality studies 66 2.2.5.1 Evaluation of tumor killing in vivo 66 2.2.5.2 Optical imaging of luciferase-expressing tumors in vivo 67 2.2.6 Statistical evaluation 67 3 Results 68 3.1 Design and generation of novel MOG target modules 68 3.1.1 MOG target module constructs 68 3.1.2 Expression of target modules 69 3.2 Establishment of scFv MOG-presenting cell models 72 3.3 Binding properties of MOG target modules 74 3.3.1 Determination of binding affinity between anti-MOG antibody and MOG target modules with enzyme-linked immunosorbent assay 74 3.3.2 Determination of binding affinity between anti-MOG receptor-expressing cell lines and MOG target modules with flow cytometry 75 3.4 Generation of human CAR-expressing T cells and binding of MOG target modules 80 3.4.1.1 Genetic modification of human T cells for UniCAR expression 81 3.4.1.2 Genetic modification of human T cells for RevCAR expression 83 3.5 Redirection of UniCAR T cells in vitro 85 3.5.1 Activation of redirected UniCAR T cells 85 3.5.2 Cytokine profile of redirected UniCAR T cells 87 3.5.3 Elimination of scFv MOG-positive target cells by UniCAR T cells 89 3.5.3.1 Time-dependent retargeting of scFv MOG-positive target cells by UniCAR T cells 89 3.5.3.2 Efficacy of UniCAR target modules 91 3.6 Redirection of RevCAR T cells in vitro 92 3.6.1 Activation of redirected RevCAR T cells 92 3.6.2 Cytokine profile of redirected RevCAR T cells 95 3.6.3 Elimination of scFv MOG-positive target cells by RevCAR T cells 99 3.6.3.1 Time-dependent retargeting of scFv MOG-positive target cells using RevCAR T cells 99 3.6.3.2 Efficacy of RevCAR target module 101 3.7 Investigation of RevCAR T cell-mediated cytotoxicity in vivo 103 4 Discussion 105 4.1 Structure and purification of MOG target modules 106 4.2 Expression and purification of target modules 107 4.3 Binding properties of MOG target modules 107 4.4 In vitro cytotoxic potential of UniCAR and RevCAR T cells redirected by MOG target modules 110 4.4.1 Target module-specific redirection of UniCAR T cells to scFv MOG-expressing target cells 110 4.4.2 Target module-specific redirection of RevCAR T cells to scFv MOG-expressing target cells 112 4.5 Future prospective 116 5 Summary 119 6 Zusammenfassung 121 7 References 124 List of figures 145 List of tables 147 Acknowledgement 148

Foamy viruses (FVs) or heterologous retroviruses pseudotyped with FV glycoprotein enable transduction of a great variety of target tissues of disparate species. Specific cellular entry receptors responsible for this exceptionally broad tropism await their identification. Though, ubiquitously expressed heparan sulfate proteoglycan (HS-PG) is known to serve as an attachment factor of FV envelope (Env)-containing virus particles, greatly enhancing target cell permissiveness. Production of high-titer, FV Env-containing retroviral vectors is strongly dependent on the use of cationic polymer-based transfection reagents like polyethyleneimine (PEI). We identified packaging cell-surface HS-PG expression to be responsible for this requirement. Efficient release of FV Env-containing virus particles necessitates neutralization of HS-PG binding sites by PEI. Remarkably, remnants of PEI in FV Env-containing vector supernatants, which are not easily removable, negatively impact target cell transduction, in particular those of myeloid and lymphoid origin. To overcome this limitation for production of FV Env-containing retrovirus supernatants, we generated 293T-based packaging cell lines devoid of HS-PG by genome engineering. This enabled, for the first, time production of inhibitor-free, high-titer FV Env-containing virus supernatants by non-cationic polymer-mediated transfection. Depending on the type of virus, produced titers were 2- to 10-fold higher compared with those obtained by PEI transfection.

Charles University Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmacology & Toxicology Student: Zdeněk Záboj Supervisor: PharmDr. Lukáš Červený, Ph.D. Title of diploma thesis: Study of drugs interactions of antiviral drugs with intestinal transporters Sofosbuvir is an antiviral agent widely used in the treatment of chronic hepatitis C. This orally administered prodrug is a designed substrate of ATP-binding (ABC) efflux transporters, P- glycoprotein (ABCB1) and breast cancer resistance protein (ABCG2). ABCB1 and ABCG2 are important determinants of intestinal absorption and are the site of significant pharmacokinetic drug interactions, leading to changes in drug exposure. Pharmacokinetic drug interactions may be undesirable (increasing the toxicity of the treatment) or desirable (allowing dose reduction). Because sofosbuvir is often administered in combination regimens with other anti(retro)virotics, the aim of this thesis was to study the ability to enhance intestinal absorption of sofosbuvir. To study the pharmacokinetic drug interactions on ABCB1 and ABCG2, a widely established in vitro bi-directional transport method through a polarized monolayer formed by the Caco-2 cell line derived from colorectal cancer has been used. We analyzed the drug interactions of sofosbuvir on these efflux...

One of the important tasks of virology and immunology is to explore the species- and cell-barriers preventing virus horizontal transmission and reveal the ways how viruses overcome these barriers and "adapt" to different species. This work is based on a well- established retroviral model - avian Rous sarcoma virus (RSV) and studies virus replication blocks in mammalian cells at both pre- and post-integration level. Interaction of the viral envelope glycoprotein (Env) with a specific cellular receptor mediates virus entry into cells. Although mammalian orthologues of specific chicken receptors do not support RSV entry, it was observed that some RSV strains are able to enter mammalian cells. Several RSV-transformed rodent cells lines were described and analysis of provirus H20- RSV in one these cells lines (hamster H-20 tumor cell line) showed multiple mutations including two crucial amino acid substitutions in different regions of Env. Substitutions D32G and L378S confer virus transmission to hamster, human and also chicken cells lacking the appropriate receptor. Altered conformation of H20-RSV Env is similar to a receptor-primed (activated) state of Env. This observation indicates that virus can circumvent the need of original cell receptor because of spontaneous Env activation caused by single...

Die Therapie der HIV Infektion besteht aus Kombination mehrerer antiretroviraler Substanzen und birgt ein erhöhtes Risiko an Arzneimittelwechselwirkungen. Das bekannte Problem der Virusresistenz kann zudem durch Enzyminduktion begünstigt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag in Untersuchungen zu Einflüssen der Virustatika auf die Expression von Cytochrom P450 Enzymen: 1A1, 1B1, 3A4 sowie der P-Glykoproteins (MDR1) an immortalisierten Zellsystemen. Die Protease Inhibitoren Indinavir, Nelfinavir, Ritonavir und Saquinavir induzierten die Regulation der mRNA Expression über den Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor (AhR) und den Pregnan-X-Rezeptor (PXR) dosisabhängig und signifikant. Die Nukleosidischen Reverse Transkriptase Inhibitoren Zalcitabin, Zidovudin und Lamivudin sowie der Nicht-Nukleosidische Inhibitor Nevirapin zeigten induktive Eigenschaften nur für die AhR Zielgene CYP1A1 und CYP1B1. Amprenavir und Efavirenz aktivierten die PXR-Regulation. Die möglichen Auswirkungen der Induktion der untersuchten Gene wurden ausführlich diskutiert. Die molekularen Grundlagen der interindividuell variierenden Aktivität von CYP3A wurden in einer Probandenstudie untersucht. Es wurden die mRNA Expression in den Leukozyten, die Aktivität des Enzyms und einige bekannte Polymorphismen unter Einwirkung von Rifampicin untersucht und diskutiert. / The therapy of HIV infection requires a combination of several antiretroviral substances accompanying risk factors for drug-drug interactions. Moreover, virus resistance can be promoted by enzyme induction caused by antiretroviral drugs. The aim of the study was to investigate the influences of antiretroviral substances on the expression of cytochrome P450 enzymes: 1A1, 1B1, 3A4 and p-glycoprotein (MDR1) using immortalized cell systems. The protease inhibitors indinavir, nelfinavir, ritonavir and saquinavir induced significantly the regulation of mRNA expression through the aryl hydrocarbon receptor (AhR) and the pregnane-x-receptor (PXR) in a concentration-dependent manner. The nucleoside reverse transcriptase inhibitors zalcitabine, zidovudine and lamivudine and the non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor nevirapine showed inductive properties only for the AhR target genes CYP1A1 and CYP1B1.Amprenavir and efavirenz activated the PXR target genes. Potentially effects of the described induction are discussed. In a second part of the work, the molecular mechanisms of the individual varying activity of the CYP3A enzyme were investigated applying an in vivo study. CYP3A4 mRNA expression and rifampicin mediated induction in leucocytes were correlated with systemic enzyme activity under induction and known polymorphisms.