Klinische, epidemiologische und experimentelle Daten deuten darauf hin, dass Autoimmunkrankheiten wie z.B. rheumatoide Arthritis, multiple Sklerose oder Typ I Diabetes durch Infektionen ausgelöst oder verschlimmert werden können. Bis heute ist jedoch nicht bekannt, welche molekularen und zellulären Mechanismen den Zusammenhang zwischen Infektion und Autoimmunität vermitteln. Eine Hypothese, die diesen Zusammenhang zu erklären versucht, ist die Hypothese der molekularen Mimikry. Dieser Hypothese zufolge sind kreuzreaktive Lymphozyten, die sowohl Selbst- als auch Fremdantigene erkennen, für die Induktion von Autoimmunität verantwortlich. Die Hypothese der molekularen Mimikry erklärt die Kreuzreaktivität von Lymphozyten durch Sequenzhomologie oder Identität von Selbst- und Fremdantigenen. Wir haben diese Hypothese an zwei Modellen, der chronischen Lyme Arthritis und einem Maus Modell der multiplen Sklerose, getestet und dabei festgestellt, dass Kreuzreaktivität von Lymphozyten weitaus häufiger ist als bis vor kurzem noch vermutet wurde. Wir konnten weiterhin zeigen, dass nicht die Primärstruktur sondern definierbare strukturelle Motive die Ursache für die Kreuzerkennung von Selbst- und Fremdpeptiden sind, und das Kreuzreaktivität in den seltensten Fällen von pathogenetischer Relevanz ist. Die Vorstellung, immunologische Kreuzreaktivität zwischen einem definierten mikrobiellen Antigen und einem definierten Selbstantigen sei für die Pathogenese von Autoimmunkrankheiten verantwortlich, ist also zu einfach. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit ist die immunologische Analyse eines von uns charakterisierten Th2-spezifisch exprimierten Moleküls, T1/ST2. Wir konnten zeigen, dass T1/ST2 auf Th2, nicht jedoch Th1-Zellen exprimiert wird; dass die Expression von T1/ST2 ex vivo die Lokalisation aktueller Th2-Antworten widerspiegelt; und dass T1/ST2 von funktioneller Bedeutung für die Th2 Zellen ist: Kreuzvernetzung des T1/ST2 Moleküls durch einen T1/ST2-spezifischen monoklonalen Antikörper induziert Proliferation und die Produktion von Typ 2 Zytokinen. In vivo läßt sich durch Applikation des löslichen Antikörpers gegen T1/ST2 die pathogene Th2-Immunantwort im Mausmodell von Asthma modulieren. T1/ST2 ist also ein Kandidat für die gezielte immunmodulatorische Therapie Th2-dominierter Erkrankungen wie Asthma und Allergie. / Clinical, epidemiological, and experimental data suggest that infections can sometimes trigger or exacerbate autoimmune diseases such as multiple sclerosis, type I diabetes, or rheumatoid arthritis. To date, the molecular and cellular mechanisms leading from infection to autoimmunity have not been defined. The molecular mimicry hypothesis proposes that crossreactive lymphocytes that recognize both self- and microbial antigens are key factors in the pathogenesis of autoimmunity. According to the molecular mimicry hypothesis, sequence identity or marked sequence similarity between self- and microbial antigens is the cause of such crossreactivity. We have examined the molecular mimicry hypothesis systematically in two different models: treatment-resistant Lyme arthritis and experimental autoimmune encephalitis (EAE). The major findings were: i) crossreactivity at the level of peptide recognition by T cells is far more frequent than previously expected; ii) structural criteria rather than sequence similarity determine cross-recognition; iii) immunoregulatory mechanisms normally prevent pathogenic effects mediated by crossreactive lymphocytes. Thus, the idea that crossrecognition of a defined microbial peptide and a particular self-peptide would explain autoimmunity is most likely too simple. The other major topic of this work was the immunological analysis of T1/ST2, a Th2-specific molecule that we characterized. Here, we could show that T1/ST2 is expressed on Th2 but not Th1 cells. Furthermore, T1/ST2 expression can be used to identify sites of ongoing Th2 reactions directly ex vivo. Most importantly, T1/ST2 is important for Th2 effector functions: crosslinking of T1/ST2 via a T1/ST2-specific monoclonal antibody induces proliferation and type 2-cytokine production. In vivo, administration of the soluble antibody against T1/ST2 ameliorates the immunological parameters of bronchial hyperreactivity in a murine model of asthma. Thus, T1/ST2 is a candidate target for therapeutic immunomodulation of diseases such as allergy and asthma.

Hintergrund: Die Versorgung von Immunzellen mit Energie in Form von ATP ist Grundlage eines funktionstüchtigen Immunsystems. Diese wird durch die mitochondriale OXPHOS oder durch die zytosolische Glykolyse gewährleistet. Sauerstoff und Glukose stellen die Hauptsubstrate dieser Stoffwechselprozesse dar. Fragestellung: Unter pathologischen Bedingungen wie sie in Entzündungsgebieten herrschen, konnte ein relativer Sauerstoffmangel experimentell nachgewiesen werden. Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, in welcher Weise die Funktionen einer definierten Lymphozytenpopulation (CD4+) durch Sauerstoffmangel beeinflusst werden. Methoden: Nach Isolation von CD4+ Zellen aus peripherem Blut gesunder Spender, wurden definierte Zellmengen stimuliert und in einem mit einer Sauerstoffelektrode ausgestatteten Gefäß unter Luftabschluß inkubiert. Zu definierten Zeitpunkten wurden Proben zur ATP-Messung entnommen, sowie Protein- und RNA-Lysate hergestellt. Die Vitalität zu Anfang und zum Ende der Inkubation wurde mittels Propidium-Jodid-Färbung im FACS bestimmt. Aus gesammelten Überständen wurden mittels Multiplex-ELISA die Konzentrationen von IL-1beta, IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, TNF-alpha und MCAF gemessen. Als Kontrollen dienten unter Normoxie inkubierte Aliquots der Zellsuspensionen. HIF-1alpha wurde mit Immunoblotting nachgewiesen. Transkriptionsänderungen von SOD1 und HK1 wurden durch SYBR-Green Real-Time-PCR quantifiziert. Ergebnisse: Stimulierte CD4+-Zellen von Normalspendern schütten unter dem Einfluss von Hypoxie vermehrt proinflammatorische und chemotaktisch wirksame Zytokine, sowie zur Differenzierung notwendige antiinflammatorische Zytokine aus. Die Verfügbarkeit von Glukose hat hierauf einen verstärkenden Effekt. Eine hypoxische Umgebung sorgt in Abhängigkeit von der Versorgung mit Glukose für eine Anpassung der zellulären Atmungsrate. Glukose ist für die Aufrechterhaltung eines konstanten ATP-Levels verantwortlich. Die glykolytische Energiegewinnung unter Hypoxie kompensiert den Ausfall der OXPHOS. Hypoxie führt bei stimulierten CD4+-Zellen bei freier Glukoseverfügbarkeit zu einer vermehrten Transkription des Hexokinase1-Gens. Glukosemangel bewirkt dagegen in hypoxischer Umgebung eine Transkriptionssteigerung des SOD1-Gens. / Background: The energy supply of immune cells in form of ATP is the cornerstone of a functional immune system. This supply is realized by either mitochondrial OXPHOS or cytosolic glycolysis. Oxygen and glucose present the main substrates in these metabolic processes. Objective: Relative shortness of oxygen could be determined experimentally under pathological conditions present in inflamed tissues. The aim of this study was to determine the extent of hypoxic influence on the cellular function of CD4+ lymphocytes. Methods: Human CD4+ cells were isolated from peripheral blood of healthy blood donors by MACS sorting. Following a defined protocol cells were stimulated and incubated in a sealed container with a Clark type electrode. Samples were taken for measurements of ATP content. RNA- and Protein lysates were made to quantify the transcription of SOD1 and HK1 by SYBR green RT-PCR and look for the presence of HIF-1alpha by immunoblot analysis respectively. Supernatants were used to measure the expression of IL-1beta, IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, TNF-alpha and MCAF using a multiplex ELISA assay. Aliquots of cell supspensions incubated under normoxic conditions served as controls. Results / Conclusion: Under the influence of hypoxia stimulated CD4+ lymphocytes of healthy blood donors express proinflammatory and chemotactically active as well as anti-inflammatory cytokines important for cell differentiation. The availability of glucose leads to an increase of this effect. An hypoxic environment dependant on the availability of glucose leads to an adaptation of cellular respiration. Glucose deficiency provokes an increase in cellular oxygen utilization. The availability of glucose is responsible for a constant intracellular ATP level. This proves that in CD4+ lymphocytes glycolysis is capable of compensating for hypoxically impaired oxidative phosphorylation thus providing enough ATP to enable cellular function. Hypoxia under glucose provision leads to an increase in mRNA expression for HK1, a key enzyme of glycolysis. Lack of glucose under hypoxic conditions results in an increase in mRNA expression for SOD1. Glucose therefore serves in CD4+ cells as an agent of constant energy supply that leads to cell survival and an upkeep of a proinflammatory environment through cytokine expression.

Operationen mit großem Gewebetrauma können mit starken postoperativen Schmerzen und ausgeprägten perioperativen Homöostasestörungen einhergehen. Dabei werden sowohl hyperinflammatorische als auch immunparalytische Reaktionen beobachtet, die sich negativ auf den postoperativen Verlauf auswirken können. Um eine effektive und sichere Analgesie zu gewähren, werden alternativ zu der intravenösen Therapie mit Opioiden zunehmend epidurale Verfahren eingesetzt. In dieser prospektiven, randomisierten und doppelblinden Studie wurde die patientenkontrollierte epidurale Analgesie mit der patientenkontrollierten intra-venösen Schmerztherapie hinsichtlich der analgetischen Effektivität und der Beeinflussung der postoperativen Immunkompetenz verglichen. 54 Patienten erhielten bis zum Morgen des 4. postoperativen Tages entweder über einen intraoperativ gelegten epiduralen Katheter (PDK) Ropivacain und Sufentanil (PCEA-Gruppe) oder intravenös Morphin (PCIA-Gruppe). Cortisol, Leukozytenpopulationen, lymphozytäre Subpopulationen, monozytäre Oberflächenmarker und die löslichen Mediatoren TNF alpha, MCP-1, MIF, IL-8, IL-6 und IL-10 wurden perioperativ gemessen. Zudem wurde die Schmerzempfindung der Patienten in Ruhe und bei Mobilisation erhoben. Im Vergleich zur PCIA-Gruppe profitierten die Patienten der PCEA-Gruppe von einer deutlich besseren Analgesie. Cortisol wies postoperativ in beiden Studiengruppen einen ähnlich leichten Anstieg auf. Die monozytären Oberflächenmarker (HLA-DR, CD86) fielen im Verlauf deutlich ab mit einem Minimum am 1. postoperativen Tag, erholten sich bis zum 7. postoperativen Tag nahezu vollständig und zeigten keine signifikanten Gruppenunterschiede. Dagegen wurde der postoperative Abfall der CD4+ T-Lymphozyten, CD4/CD8 T-Zellratio, CD3+ Lymphozyten und CD19+ Lymphozyten bei den Patienten, die eine Epiduralanalgesie erhielten, signifikant vermindert. Hinsichtlich der löslichen Mediatoren gab es keine signifikanten Gruppenunterschiede. Somit scheint die epidurale Schmerztherapie die T-Zellkompetenz während der postoperativen Phase besser zu erhalten, während sich bei den monozytären Oberflächenmarkern und dem Stresshormon Cortisol kein Unterschied zwischen den beiden Analgesie-verfahren zeigte. / Surgeries accompanied by an extensive tissue trauma are associated with intense postsurgical pain and major perioperative homeostatic disorders. Both hyper-inflammatory and immuneparalytic reactions can be observed, what can negatively effect the postoperative course. To realise an effective and safe analgesia, epidural procedures are used to an increasing degree as an alternative method to the therapy with intravenous opioids. In this prospective, randomized, double-blinded trial we compared the patient-controlled epidural analgesia and the patient-controlled intravenous analgesia with respect to the analgesic efficiency and the influence on the postoperative immune competence. 54 patients received until the morning of the fourth postoperative day either ropivacaine plus sufentanil through an intraoperatively placed epidural catheter (PCEA-group) or intravenous morphine (PCIA-group). Cortisol, populations of leukocytes and lymphocytes, cell-surface molecules of monocytes and the soluble mediators TNF-alpha, MCP-1, MIF, IL-8, IL-6 and IL-10 were measured perioperatively. Additionally we determined the subjective pain scores of the patients in rest and with mobilisation. Patients of the PCEA-group had a better pain control compared to the patients of the PCIA-group. Cortisol showed a similar slight increase in both study-groups. The monocyte cell-surface molecules (HLA-DR, CD86) decreased in the observed period with a minimum on the first postoperative day and recovered until the seventh postoperative day without a significant difference between both groups. In contrast, the postoperative decrease in CD4+ T-lymphocytes, CD4+/CD8+ T-cell ratio, CD3+ lymphocytes and CD19+ lymphocytes was significantly reduced in patients receiving epidural analgesia. No group differences were found in soluble mediators. This implicates a better postoperative competence of T-cells induced by epidural analgesia, whereas no differences between both analgetic methods were found in cell-surface markers of monocytes and the stress hormone cortisol.

Ionisierende Strahlung verursacht in Abhängigkeit von den strahlenphysikalischen Eigenschaften der Radionuklide Zellschäden unterschiedlicher Komplexität. An humanen Lymphozyten wurde untersucht, ob die biologische Wirksamkeit von Alpha- und Betastrahlung sowie der Einfluss von Doxorubicin der Qualität des Strahlenschadens zugewiesen werden kann. Die DNA-Schäden und deren Reparatur wurden mit zellbiologischen Methoden quantifiziert.

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Ionisierende Strahlung verursacht in Abhängigkeit von den strahlenphysikalischen Eigenschaften der Radionuklide Zellschäden unterschiedlicher Komplexität. An humanen Lymphozyten wurde untersucht, ob die biologische Wirksamkeit von Alpha- und Betastrahlung sowie der Einfluss von Doxorubicin der Qualität des Strahlenschadens zugewiesen werden kann. Die DNA-Schäden und deren Reparatur wurden mit zellbiologischen Methoden quantifiziert.

Die Arbeit beschreibt zuerst alle relevanten Grundlagen zum angeborenen und erworbenen Immunsystem. Insbesondere die anatomischen und histologischen Bestandteile und deren Funktion, sowie Blutbildung, Lymphozyten-Selektion und Interaktion der Bestandteile. Antikörperklassen und Blutzellen werden dabei ebenso tabellarisch zusammengefasst. Die ablaufenden Prozesse der angeborenen und erworbenen Immunantwort (letztere unterteilt in humoral und zellvermittelt, sowie primär und sekundär) werden näher erläutert. Ebenso wird die Antigenerkennung und die Funktionalität von B-Zellen und T-Zellen detailliert erklärt. Anschließend werden intensiv Störungen des Immunsystems wie Allergien und Immunsuppressionen beschrieben. Anhand etlicher Stoffe und Stoffklassen, wie Cyclosporin A, Thalidomid und polyhalogenierter Kohlenwasserstoffe, werden die vielfältigen Wirkmechanismen toxikologischer Substanzen auf das Immunsystem beschrieben und anschaulich dargestellt. Zuletzt wird ein Vorschlag unterbreitet, wie der Inhalt in das Toxnetz-Körpermodell eingearbeitet werden kann. Als Beispiel wurde der immunmodulierende Antikörper Pembrolizumab ausgewählt, ein Protein, welches bei der Krebstherapie eingesetzt wird und die T-Zell-Erkennung von Krebszellen wieder aktiviert.

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Die vorliegende Arbeit beinhaltet umfangreiche histologische Untersuchungen an verschiedenen Tumoren bezüglich ihrer Infiltration durch Makrophagen-Subpopulationen, Granulozyten und Lymphozyten. Hierfür wurden 18 Gewebe-Mikroarrays mit jeweils 200 - 300 Tumorstanzen aus insgesamt 27 Organen des Gastrointestinaltraktes, des Urogenitaltraktes, des Respirationssystems und des endokrinen Systems angefertigt. Da alle Proben mit derselben Technik (Gewebe-Mikroarrays, Immunhiostochemie) ausgewertet wurden, bestand nun erstmalig die Möglichkeit eines direkten Vergleiches zwischen den verschiedenen Tumoren unterschiedlicher Organe. Für die immunhistochemischen Untersuchungen wurden fünf verschiedene Antikörper (anti-KP1, anti-PG-M1, anti-MRP8, anti-MRP14, anti-MRP8/14) eingesetzt. Die Antikörper gegen die Epitope PG-M1 und KP1 gelten als Pan-Makrophagen-Marker. Die Antikörper anti-MRP8, anti-MRP14 und anti-MRP8/14 gelten als Marker für entzündlich aktivierte Makrophagen. Diese Makrophagen wurden in einen aktiven inflammatorischen Typ (MRP14+, MRP8/14+), der proinflammatorische Zytokine wie TNF-a und Sauerstoffradikale bildet, und in einen chronisch inflammatorischen Typ (MRP8+) eingeteilt. Die Formation des MRP8/14-Heterodimers korreliert mit der zellulären Aktivierung wie z. B. mit der Aktivierung der NADPH-Oxidase. Es wurde beschrieben, dass diese Makrophagen auf Grund ihrer Eigenschaften eventuell die Tumorzellproliferation inhibieren und zytotoxische Wirkungen auf Tumorzellen ausüben können. Für die verschiedenen Tumorgewebe wurden höhere Makrophagendichten im Vergleich zum Normalgewebe und eine vergleichsweise geringe Dichte an MRP+ Makrophagen sowie signifikante Korrelationen zwischen den verschiedenen Makrophagen-Subpopulationen festgestellt. Die Dichte der Lymphozyten korrelierte negativ mit steigendem Tumorzellanteil und mit fortgeschrittenem Tumorstadium. Die Abnahme der Lymphozyten (Gastrointestinal- und Respirationstrakt) im Tumorgewebe im Vergleich zum tumorfreien Gewebe sowie die geringe Anzahl der potenziell tumoriziden MRP8/14+ Makrophagen lässt vermuten, dass die Immunantwort gegen den Tumor unterdrückt wird. Die positive Assoziation zwischen Makrophagen und Lymphozyten weist jedoch darauf hin, dass Makrophagen nicht am Rückgang der Lymphozyten beteiligt sind . Eine Korrelation der Makrophagen mit klinisch relevanten Parametern (pT-Stadium, UICC-Stadium, Lymphknotenmetastasen) zeigten ein voneinander abweichendes Infiltrationsmuster der CD68+ und MRP+ Makrophagen, was auf unterschiedliche Funktionen hinweist. Ferner liegen zahlreichen funktionelle Untersuchungsergebnisse anderer Arbeitsgruppen vor, welche darauf hinweisen, dass Makrophagen durch Hypoxie angezogen werden und im hypoxischen Tumorgewebe schließlich an der Neubildung von Blut- und Lymphgefäßen beteiligt sind. Um einen möglichen Zusammenhang zu zeigen, wurde mit den Antikörpern anti-CD31 und anti-CD34 die Gefäßdichte in Tumoren untersucht. Es zeigten sich zahlreiche positive Korrelationen zwischen Gefäßen und Makrophagen, jedoch konnte in den tumorfreien Geweben kein Zusammenhang zwischen beiden Größen gefunden werden. Das Vorkommen größerer Makrophagendichten in Tumoren mit wenig Nekrose als in Tumoren ohne Nekrose, die positive Korrelation zwischen der Anzahl der Gefäße und der Zahl der Makrophagen in Tumoren und die Unabhängigkeit von Makrophagen und Gefäßen im tumorfreien Gewebe legt die Vermutung nahe, dass TAM die Angiogenese begünstigen. Trotz vieler ähnlicher Charakteristika zwischen den Tumoren unterschiedlichen Ursprungsgewebes wurden auch Unterschiede festgestellt, die besonders die Anzahl der Makrophagen-Subpopulationen betreffen. Weitere Studien zur Aufklärung der Funktion unterschiedlicher Makrophagen-Subpopulationen (z. B. Immunsuppression, Neoangiogenese) sind notwendig, um deren Relevanz für das Tumorwachstum und die Tumorprogression aufzuklären.