Die Infektion mit dem Masernvirus (MV) stellt weltweit immer noch ein großes Problem dar. Trotz des vorhandenen Lebendimpfstoffs, der eine Erkrankung sicher zu verhindern vermag, haben nicht nur die Entwicklungsländer, in denen ein flächendeckender Impfschutz schwieriger zu erreichen ist, mit der Erkrankung und ihren Komplikationen zu kämpfen. Hat sich die Erkrankung klinisch manifestiert gibt es keine kausalen Therapiemöglichkeiten und es kann nur noch symptomatisch behandelt werden. Dies ist v.a. auch in Hinblick auf die schweren Komplikationen der Maserninfektion von Bedeutung. Bei Erstkontakt mit dem Masernvirus ist die Suszeptibilität nicht geimpfter Menschen sehr hoch. Das bedeutet, dass es in 95-98 % der Fälle nach einer Infektion mit dem Masernvirus auch zum klinischen Bild der Masern kommt, unabhängig von Alter und Geschlecht. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, potentielle Hemmstoffe der Maserninfektion auf ihre Wirkung zu testen und zu verstehen, wo im Infektions- und Replikationszyklus des MV sie eingreifen. Es wurden eine Reihe Substanzen mit potentiell-inhibitorischen Eigenschaften in Infektions-Hemmtests und im Zytotoxizitätstest untersucht, von denen im Anschluss die drei besten Inhibitoren (JK80, QD6-8 und Droseron) weiter untersucht wurden. JK80 und QD6-8 waren beide mit IC50-Werten um 30 µM und SI-Werten von über 2 nur mäßig spezifisch antiviral wirksam. Während JK80 vermutlich den Eintritt des MV in die Zellen verhindert, hemmt QD6-8 die intrazelluläre Virusreplikation und wäre im Hinblick auf die Entwicklung neuartiger, spezifischer Medikamente gegen die Maserninfektion von grossem Interesse. Eine Zielmolekülanalyse der Substanz und die Testung anderer Derivate könnten Aufschluss darüber geben, wie Substanzen aussehen müssten, die eine spezifische Hemmung der intrazellulären Replikation bewirken können. Der Naturstoff Droseron könnte mit einer spezifischen Hemmung (IC50 ca. 10 µM; SIWert 6 im Fluoreszenzreader, bzw. IC50 ca. 2 µM; SI-Wert 30 in der Titration) eine mögliche Leitsubstanz für einen neuen MV-Inhibitor darstellen. Allerdings waren alle bisher getesteten Droseron-Derivate entweder weniger inhibitorisch wirksam oder deutlich zytotoxischer als Droseron selbst. Die Ergebnisse der Infektionshemmversuche mit Zugabe von Droseron vor, während oder nach der Infektion mit MV sprechen dafür, dass Droseron den Eintritt des Virus in die Zelle stört. / The infection with measles virus (MV) is still a major problem worldwide.The aim of this work was therefore to test potential inhibitors of measles infection for their effect and to understand where in the infection and replication cycle of the MV they intervene.A series of substances with potential inhibitory qualities were investigated in infection inhibition tests and in the cytotoxicity test. The three best inhibitors (JK80, QD6-8 and Droseron) were further investigated.The naphthoquinone Droseron could be a possible lead compound for a new MV inhibitor.

Würzburg, University, Diss., 2008.

Universiẗat, Diss., 2005--Würzburg.

Die Matrix-Proteine von Vertretern der Ordnung Mononegavirales sind essentiell für späte Schritte im viralen Lebenszyklus, insbesondere der Knospung und Partikelmorphogenese. Die Abschnürung und Freisetzung umhüllter RNA-Viren ist dabei abhängig von dem Transport des viralen Matrix-Proteins und seiner Interaktion mit Wirtsproteinen wie dem ESCRT-System (endosomal sorting complex required for transport), welches in die Sortierung zellulärer Proteine involviert ist. Im Verlauf der Masernvirus (MV)-Infektion interagiert das M-Protein einerseits mit dem viralen Nukleoproteinkomplex und andererseits mit den viralen Glykoproteinen an der Oberfläche. Die Bedeutung des MV-M-Proteins für die Partikelproduktion und sein intrazellulärer Transport wurden bislang kaum untersucht. Bisher ist nur bekannt, dass das M-Protein oligomerisiert, teilweise monoubiquitiniert vorliegt und in Zellen, wenn alleine exprimiert, die Produktion von Virus-like-particle (VLP) vermittelt (Pohl et al., 2007). In dieser Studie wird gezeigt, dass das MV-M-Protein ähnlich wie das VP40-Protein des Ebolavirus (EBOV) mit Lipid Rafts und TEMs (tetraspanin enriched microdomain) assoziiert ist, wobei aber das M-Protein weniger effizient an der Plasmamembran akkumuliert. Beide Proteine unterscheiden sich nicht wesentlich in ihrer Assoziation mit Kompartimentmarkern. Interessant ist jedoch, dass das VP40-Protein und das M-Protein an der Plasmamembran mit dem Adaptor Protein-3 (AP-3) kolokalisieren. Die Kolokalisation des M-Proteins mit AP-3 wird aber nur in infizierten Zellen und nicht in Zellen, in denen das M-Protein allein exprimiert wird, beobachtet. Im Gegensatz zum VP40-Protein, welches die ESCRT-Komponenten über seine N-terminale L-Domäne rekrutiert und diese für die Partikelproduktion benutzt, geschieht dies beim M-Protein ESCRT-unabhängig, da die Mutation der Motive, die Ähnlichkeiten zu den bekannten L-Domänen zeigen, keine Auswirkungen auf die VLP-Produktion haben. Zudem rekrutierte das M-Protein weder Tsg101, Aip-1 oder Vps4 an die Plasmamembran, noch wird die VLP- oder die Virusproduktion durch dominant negatives Vps4 inhibiert. Der Transfer der VP40 L-Domäne in das MV-M-Protein hatte weder einen Einfluss auf die Assoziation mit Tetraspaninen noch auf die ESCRT-Abhängigkeit der VLP-Produktion. Damit wurde gezeigt, dass die VLP-Freisetzung des MV-M-Proteins ESCRT-unabhängig ist. Die Freisetzung erfolgt beim MV durch einen grundsätzlich anderen Weg, der noch untersucht werden muss. / The matrix proteins of the order Mononegarivales are essential for late steps in the viral life cycle, especially for budding process and viral morphogenesis. Budding and release of enveloped RNA-viruses depend on transport of the viral matrix protein and its interaction with host proteins, which are involved in sorting of cellular proteins, e.g. the ESCRT system. During the course of measles virus infection, the M-protein interacts with the viral nucleocapsid-complex and the viral glycoproteins. The impact of MV-M-protein for the particle production and intracellular transport is barely known yet. So far, it has been shown that the M-protein forms oligomers, is partially mono-ubiquinated and has the capability to promote VLP-production. In this study it could be shown that the MV-M-protein and EBOV-VP40-protein associate with detergent-resistant and tetraspanin-enriched microdomains. However, compared to the VP40-protein the M-protein accumulates less efficiently at the plasma membrane. Both proteins do not essentially vary in their association with compartment markers. Interestingly, VP40- and M-protein, the latter only when expressed in the context of MV infection (but not from plasmid), efficiently co-localised with adaptor protein 3 (AP-3) at the plasma membrane indicating its importance for membrane targeting. In contrast to VP40, which recruits ESCRT components via its N-terminal late (L) domain and exploits them for particle production, M-protein promotes particle production independently of this pathway since 1) ablation of motifs bearing similarity to canonical L domains did not affect VLP production, 2) it did not redistribute Tsg101, AIP-1, or Vps4 to the plasma membrane, and 3) neither VLP nor infectious virus production were sensitive to inhibition by dominant negative Vps4. In addition, transfer of the VP40 L domain into the MV-M-protein did not alter trafficking or ESCRT dependence for VLP production to that of VP40 suggesting that budding activity of MV-M-protein follows an ESCRT independent pathway.

Die MV-induzierte Immunsuppression ist unter anderem durch eine Leukopenie gekennzeichnet und so wurde in der vorliegenden Studie die Frage nach den Auswirkungen einer Interaktion des MV mit Knochenmarkszellen adressiert. Humane HSC, multipotente und oligopotente hämatopoetische Vorläuferzellen (HPC) können, im Gegensatz zu murinen, nicht anhand des SLAM-codes unterschieden werden. Während CD244 auf allen HS/PC exprimiert wird, markieren CD150 und CD48 eher humane HPC als HSC. Trotz vorhandener CD150+-HPC beschränkt sich die Infektion mit wildtypischen MV nicht auf diese Subpopulation, sondern erfolgt, wie bei CD150- Stromazellen, unabhängig von diesem Rezeptor. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die MV-Exposition von HS/PC in vitro weder deren Proliferation noch die Fähigkeit zur Koloniebildung stört. Dass sich eine MV-Infektion in Kokulturen von HS/PC mit Stromazellen vom jeweils einen auf den anderen Zelltypen überträgt, könnte als möglicher Mechanismus zur Ausbreitung und Etablierung einer Infektion im Knochenmark angesehen werden. Obwohl in vitro keine Inhibition der Expansion von HS/PC beobachtet wurde, stört eine vorangegangene MV-Exposition die Kurzzeitrekonstitution bestrahlter NOD/SCID-Mäuse massiv. Diese Inhibition der Hämatopoese ist jedoch transient und hat keine Auswirkungen auf die Langzeitrekonstitution. Da weder die Migration der transplantierten HS/PC zum Knochenmark gestört ist noch die Knochenmarkszellen der Maus permissiv für eine MV-Infektion sind, ist die beobachtete Inhibition auf einen direkten Einfluss der MV-Exposition auf die HS/PC zurückzuführen. / MV-induced immunosuppression is marked by leukopenia so that we addressed the question whether the interaction of MV with bone marrow cells would have any consequences. In contrast to their murine counterparts, human HSC, multipotent and oligopotent hematopoietic progenitor cells (HPC)cannot be distinguished based on the SLAM-code. While CD244 is expressed by all HS/PC, CD150 and CD48 rather mark human HPC than HSC. Though CD150+-HPC exist, the infection by wild type MV is not restricted to this subpopulation but occurs, as for the CD150- stroma cells as well, CD150-independently. Furthermore it was shown that MV-exposure of HS/PC neither affects their proliferation nor their ability to form colonies in vitro. MV is mutually transmitted in co-cultures of HS/PC and stroma cells from one cell type to the other, and this might be a possible way for the virus to spread and to establish an infection within the bone marrow. Although MV-exposure does not affect HS/PC-expansion in vitro, it massively inhibits short term reconstitution of irradiated NOD/SCID-mice. However, this inhibition of hematopoiesis remains transient and has no consequences for long term reconstitution. Since transplanted HS/PC home normally and murine bone marrow cells do not support MV-replication, the effects observed on hematopoiesis can only be explained by a direct influence of MV-exposure to HS/PC.

Das Masernvirus ist ein Mitglied der Familie der Paramyxoviridae. Obwohl eine wirksame attenuierte Lebendvakzine erhältlich ist, bleiben Masern eine bedeutende virale Infektionserkrankung, die jährlich ca. eine Millionen Opfer fordert. Trotz einer während der Infektion induzierten protektiven und MV-spezifischen Immunantwort, ruft MV eine generelle Immunsuppression hervor, die zu einer Störung der zellulären Immunantwort führt. Diese Immunsuppression begünstigt bakterielle und virale Superinfektionen, was vor allem in unterentwickelten Ländern begleitet von mangelhafter ärztlicher Versorgung und Unternährung zu einem fatalen Ausgang einer MV-Infektion führt. Die molekularen Grundlagen der MV-assoziierten Immunsuppression sind noch nicht ausreichend verstanden. Dendritische Zellen (DC) gelten als ein Bindeglied zwischen der angeborenen und der adaptiven Immunantwort. Sie sind entscheidend an der Auslösung einer primären, adaptiven T-Zellantwort beteiligt und könnten im Falle einer MV-Infektion somit sowohl eine Rolle in der Induktion der protektiven Immunantwort als auch in der Etablierung der MV-assoziierten Immunsuppression spielen. Tatsächlich sind DC, die in vitro aus humanen Monozyten des peripheren Bluts (MoDC) generiert wurden, durch MV-Stämme infizierbar. Dabei zeigten sogenannte Wildtypstämme im Vergleich mit Vakzinestämmen eine schnellere Inektionskinetik einhergehend mit einem stärkeren zytopathischen Effekt (CPE) in den MoDC-Kulturen. Zudem konnte festgestellt werden, dass eine Infektion der MoDC-Kulturen zu einer Aktivierung und Ausreifung der Zellen führte, wobei es zur Sekretion von proinflammatorischen Zytokinen kam. Neben Tumornekrosefaktor alpha (TNF-a) konnte Typ I-Interferon (IFN) nachgewiesen werden, das die Expression des kostimulatorischen Oberflächenmoleküls CD86 induzierte. MV-Infektionen beeinflussten zudem die Sekretion von Interleukin 12 (IL-12), das als ein Schlüsselzytokin für die Polarisierung von T-Zellantworten angesehen wird. Infektionen mit einem prototypischen MV-Vakzinestamm (ED-B) führten unter allen Stimulationsbedingungen zu einer Hemmung oder deutlichen Reduktion der sezernierten Mengen IL-12. Eine Infektion mit dem Wildtypstamm WTF hingegen induzierte bereits ohne weitere Stimulation der MoDC IL-12 und verstärkte die Sekretion an IL-12 nach Stimulation mit Lipopolysaccharid (LPS). Trotz der zu beobachtenden Aktivierung der MoDC nach Infektion mit MV zeigten diese MoDC-Kulturen in einem funktionellen Test, einer allogenen mixed leukocyte reaction (MLR), keine Stimulation der T-Zellproliferation. Es zeigte sich, dass das Ausbleiben der T-Zellproliferation mit der Zahl an MV-infizierten MoDC korrelierte. MV-infizierte MoDC-Kulturen hemmten zudem die Proliferation von T-Zellkulturen, die mit Phytohämagglutinin (PHA) oder mit Staphylococcusenterotoxin A (SEA) aktiviert worden waren. Diese dominant hemmende Wirkung MV-infizierter MoDC-Kulturen unterblieb, wenn rekombinante MV eingesetzt wurden, denen die MV-spezifischen Glykoproteine H und F fehlten. / Measles virus (MV) is a member of the paramyxoviridae. Despite the existence of a effective attenuated life vaccine measles still remains a important infectious disease which causes the death of over one million people each year. Although a protective and MV-specific immune response is generated during the infection MV induces a profound general immunosuppression disturbing the cellular immune system. This immunosuppression favours bacterial and viral secondary infections which especially in developing countries when accompanied by insufficient medical care and malnutrition leads to a fatal outcome of MV infections. The molecular basis underlying this MV-associated immunosuppression is hardly understood. Dendritic cells (DC) are now seen as a link between the innate and the adaptive immune system. They are decisively involved in the induction of a primary adaptive T cell response. In the case of MV infection DC might play a role both in establishing a MV specific and protective immune response and in inducing the MV-associated immunosuppression.. Indeed, DC generated in vitro using human monocytes from peripheral blood (MoDC) can be infected with MV strains. Compared with vaccine strains so called wildtype strains showed faster infection kinetics and a more pronounced cytopathic effect (CPE) in infected MoDC cultures. Additionally, infection of MoDC cultures led to activation and maturation of the cells resulting in upregulation of costimulatory molecules and secretion of proinflammatory cytokines. Besides tumour necrosis factor alpha (TNF-a) type I interferon (IFN) could be found which induced the expression of the costimulatory surface molecule CD86. Furthermore, MV infection influenced the secretion of interleukin 12 (IL-12) which is recognised as being a key regulator in the polarisation of T cell responses. Infections with the prototypic vaccine strain ED-B resulted in a drastic reduction or repression of the amount of IL-12 released under all conditions tested. Instead, a infection with the MV wildtype strain WTF induced IL-12 secretion by MoDC without additional stimulation and enhanced the secretion of IL-12 after stimulation with lipopolysaccharide (LPS). In spite of the observed activation of MoDC after infection with MV in a functional assay, the allogenic mixed leukocyte reaction (MLR), these cultures induced no T cell proliferation. The lack of T cell proliferation correlated with the number of MV-infected MoDC. In addition, MV-infected MoDC cultures blocked the proliferation of T cell cultures stimulated with phytohemagglutinin (PHA) or staphylococcus enterotoxin A (SEA). This dominant inhibitory effect was absent when MoDC cultures were infected with recombinant MV lacking the MV specific glycoproteins H and F.

Die Infektion mit MV Wildtypvirus führt zu einer starken Immunsuppression und Sekundärinfektionen, die bei der Immunisierung mit einem attenuierten Vakzinestamm nicht auftreten. In vitro Studien zeigen, dass sowohl MV Wildtyp- als auch Impfstamminfizierte Zellen die Mitogen-induzierte Proliferation von humanen Blutlymphozyten inhibieren. Zur Bestätigung dieser Befunde im Baumwollrattenmodell wurde gezeigt, dass in vitro MV-infizierte Zellen die Proliferation der naiven Milzzellen hemmen und keine Unterschiede zwischen Wildtypen und Impfstämmen bestehen. Im Gegensatz dazu wurden nach intranasaler Infektion von Baumwollratten Unterschiede hinsichtlich der Proliferationsinhibition, Virusreplikation und Ausbreitung zwischen Wildtypvirus WTF und Impfstamm Edm gefunden. Nach intranasaler Infektion mit 105 TCID50 WTF war am Tag 4 die Proliferation bis zu 40% inhibiert. Bis zu 20 Tagen nach Infektion mit WTF wurde eine Proliferationsinhibition gemessen und das Virus in den drainierenden Lymphknoten bis Tag 4 nachgewiesen. Die intranasale Infektion mit Dosen von 103 TCID50 WTF bzw. mit 2-4x106 TCID50 Edm konnten im gleichem Maße die T-Zell- Proliferation hemmen. Somit war eine 1000fach niedrigere Dosis an WTF ausreichend, die gleiche hemmende Wirkung zu erzielen. Der gleiche Effekt wurde bei weiteren Wildtypstämmen (Bilthoven, ICB) und Impfstämmen gefunden. Eine Ursache für den unterschiedlich immunsuppressiven Effekt zwischen Wildtypen und Impfstämmen könnte die unterschiedliche Rezeptornutzung sein. Wildtypviren benutzen CD150 als Rezeptor und Impfstämme sowohl CD150 als auch CD46. Die Impfstämme wurden ursprünglich von Edm Wildtyp durch Passagierung auf Fibroblasten-Zellinien attenuiert und adaptierten an die CD46-Rezeptornutzung. Durch die dabei erfolgte Adaptation an CD46 wurde der Virus attenuiert. Dieses Phänomen konnte auch nach Passagierung eines Wildtypvirus auf verschiedenen Zelllinien gezeigt werden. Der auf lymphoiden Zellen passagierte Wildtyp WTFb und der auf Fibroblasten-Zellen WTFv passagierte haben unterschiedliches immunsuppressives Potential. Interessanterweise zeigte Edm-Wildtyp nach 9 Passagen auf Fibroblasten- Zellinien einen attenuierten Phänotyp im Baumwollrattenmodell. Allerdings revertierte dieser Virus bereits nach 3 Passagen in der Baumwollratte zu einem immunsuppressiven, sich ausbreitenden Virus. Die Untersuchung der rekombinanten Viren Edm (WTF H), Edm (WTF F) und Edm (WTF H+F) zeigte, dass Impfstämme, welche das Oberflächenprotein H von WTF anstelle des H-Proteins von Edm tragen, proliferationshemmend sind und sich im Organismus ausbreiten. Das F-Protein von Edm oder WTF hatte keinen Einfluß auf Immunsuppression und Virusausbreitung, Die Rückmutation in dem WTF H-Protein an der Aminosäure-Position 481 von Aspargin zu Tyrosin (N481Y) veränderte die Rezeptornutzung von CD46 auf CD150 und den Phänotyp von einem immunsuppressiven, sich ausbreitenden Virus zu einem nichtimmunsuppressiven, nicht-ausbreitenden Virus. Da die Aminosäureposition 481 einen starken Einfluß auf die Benutzung von CD46 oder CD150 ausübt, scheint somit das HProtein von WTF die immunsuppressive Wirkung und Virusausbreitung maßgeblich zu beeinflussen. Wie beim Menschen konnten in der Baumwollratte MV-infizierte Makrophagen nachgewiesen werden. Durch die Infektion mit einem GFP-MV wurde die Virusreplikation nachgewiesen, das Virus wurde aus Makrophagen rückisoliert und durch Kokultivierung mit Indikatorzellen die Ausprägung des zytopathischen Effektes fluoreszenzmikroskopisch beobachtet. Weitere Untersuchungen zeigten Unterschiede zwischen WTF und Edm-infizierten Makrophagen hinsichtlich der Proliferationsinhibition von Milzzellen. Der direkte Kontakt von Wildtyp WTFinfizierten Makrophagen hemmte die T-Zell-Proliferation. Dagegen wurde durch Edminfizierte Makrophagen keine T-Zell-Proliferationinhibition ausgelöst. Erklären läßt sich das möglicherweise mit dem unterschiedlichen Sekretionsprofil verschiedener Interleukine von WTF und Edm-infizierten Makrophagen, da bei WTF-infizierten Makrophagen eine Unterdrückung der Produktion von IL-12 gefunden wurde. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die im Menschen beobachteten Unterschiede hinsichtlich Virusausbreitung und Immunsuppression zwischen Wildtypenund Impfstämmen mit den Befunden in der Baumwollratte übereinstimmen. Außerdem konnte festgestellt werden, dass die Interaktion von MV H-Protein und den Rezeptoren mit der Immunsuppression und Virusausbreitung korreliert. Die Unterdrückung der Sekretion von IL-12 in Makrophagen aus der Baumwollratte könnte die Hypothese unterstützen, dass die Immunsuppression während der MV-Infektion durch eine fehlgeleitete Th2-Antwort begünstig wird. / Infection with MV wild type virus leads to a strong immune suppression and secondary infection, neither of which occurs as a result of immunization with an attenuated vaccine strain. In vitro studies show that wild type MV as well as vaccine strain infected cells inhibit the mitogen-induced proliferation of human blood lymphocytes. As confirmation of these results, it has been shown that in vitro MV-infected cotton rat cells cause a decrease in proliferation of naive spleen cells with no difference between the wild type and vaccine strain. Differences in proliferation inhibition, virus replication, and viral spread were, however, found after intranasal infection of cotton rats using either wild type virus (WTF) or vaccine strain (Edm). Intranasal infection with 105 TCID50 WTF leads to proliferation inhibition of up to 40% on day 4 p.i.. Proliferation inhibition was observed up to 20 days after infection with WTF and virus has been isolated up to day 4 in the draining lymph nodes. Furthermore, a dose of 103 TCID50 WTF was sufficient to inhibit the proliferation of T-cells, and to allow for the isolation of virus from the draining lymph nodes. In comparison infection with 105 TCID50 Edm did not cause any proliferation inhibition and no virus could be detected in draining lymph nodes. It was found that intranasal infection with 103 TCID50 WTF and 2-4 x 106 TCID50 Edm restricted T-cell growth to a similar extent. Thus a 1000-fold lower dose of WTF was sufficient to attain an equivalent restriction of T-cell proliferation. This effect was also found for other wild-type (Bilthoven, ICB) and vaccine strains. The differential immunosuppressive effect between wild type and vaccine strains may be caused by differences in receptors used by these viruses. Wildtype viruses use CD150 as a receptor while vaccine strains can use either CD150 or CD46. The vaccine strains were originally attenuated by passaging on fibroblast-cell lines and adapted to use CD46. The virus was attenuated through adaptation to CD46. This phenomenon was shown after passaging a wild-type virus on different cell lines. WTF-b, passaged on lymphoid cell lines, and WTF-v, passaged on fibroblast cells vary in their immunosuppressive potential. Interestingly, Edm-wild type showed an attenuated phenotype in the cotton rat model after 9 passages on fibroblast cell lines. However, this virus reverted after 3 passages to a immunosuppressive, disseminating virus. Investigation of the recombinant viruses Edm (WTF H), Edm (WTF F) and Edm (WTFH+F) showed that the vaccine strains which carry the surface protein H from WTF instead of that of Edm restrict proliferation and disseminate in the infected organism. The F-protein, whether from Edm or WTF, did not have an influence on the immune suppression and virus dissemination. The reverse mutation of the WTF H-protein at the amino acid position 481 from asparagine to tyrosine (N481Y) changes receptor use from CD46 to CD150 and the phenotype from immunosuppressive, disseminating to non-immunosuppressive, non-disseminating virus. Because the amino acid position influences the use of CD46 or CD150 strongly, the H protein from WTF appears to have considerable influence on the immunosuppressive effect and virus dissemination. As in MV infected humans, infected macrophages were detected in the cotton rat. Virus replication was demonstrated through infection with a MV expressing green fluorescent protein, the virus was reisolated from macrophages, and the development of the cytopathic effect in co-cultivated indicator cells was observed using light microscopy. Further investigations showed differences between WTF and Edm infected macrophages in respect to the proliferation inhibition of spleen cells. The direct contact of wild type WTF-infected macrophages restricted T-cell proliferation. On the other hand, no T-cell proliferation inhibition was caused by Edm infected macrophages. This can possibly be explained by the differences in secretion profiles by macrophages infected with WTF or Edm of various interleukins, as a supression of IL-12 production was found in WTF infected macrophages. In the presented work, it was shown that the differences between wild-type and vaccine strain viruses in the context of virus dissemination and immune suppression as noted in humans were in agreement with findings in the cotton rat. In addition, it was determined that the interaction of the H-protein with its receptors correlated with immunosuppression and virus dissemination. The suppression of IL-12 secretion by macrophages isolated from cotton rats supports the hypothesis that the immune suppression during MV infection is favoured by a misdirected Th2 response.

Das Masernvirus (MV) interagiert mit zellulären Rezeptoren auf der Oberfläche von peripheren Blut-Lymphozyten (PBL), die Virus -Bindung und -Aufnahme vermitteln. Wir konnten einen monoklonalen Antikörper mAK 5C6 selektieren, der gegen die Zelloberfläche von B95a Zellen gerichtet ist, die mit MV gut infizierbar sind. Der Antikörper 5C6 inhibiert sowohl die Bindung, als auch die Infektion mit MV Wildtyp- und Vakzine-Stämmen. Ich verwendete eine retrovirale Genbank als Quelle für humane Milz mRNA und Proteine, um ein Screening nach Rezeptoren mit Antikörpern durchzuführen. Mit Hilfe des Antikörpers 5C6 wurde, unter Verwendung von Magnetbeats und FACS-Sortierung, ein erfolgreiches Screening Rezeptor-exprimierender Zellen durchgeführt. Das von mAK 5C6 erkannte Molekül konnte kloniert und als signaling lymphocytic activation molecule (SLAM; CD150) identifiziert werden. Zur Untersuchung der Rezeptorbenutzung verschiedener MV-Stämme wurden CHO-Zellen, die entwe-der rekombinantes CD46 oder SLAM exprimierten, mit 28 Masernvirusstämmen infiziert. Unter den getesteten Viren befanden sich sowohl Vakzine-Stämme, Wildtyp-Stämme mit verschiedener Pass-agierung und rekombinante Viren. Dabei konnte gezeigt werden, dass SLAM ein Rezeptor für MV ist, der sowohl Virusaufnahme und Synzytienbildung für alle getesteten Masernvirusstämme vermittelt. Vor allem Vakzine- und laboradaptierte-Stämme, aber auch eine kleine Fraktion der getesteten Wild-typstämme, konnten sowohl CD46 als auch SLAM verwenden. Durch Verwendung rekombinanter Viren konnte ich zeigen, dass der einzelne Aminosäureaustausch im Hämagglutinin (H) Protein an Position 481 Asn/Tyr (H481NY) determiniert, ob das Virus CD46 verwendet. Der Aminosäureaus-tausch hat keinen Effekt auf die Verwendung von SLAM als Rezeptor was andeutet, dass die Bin-dungsstelle von SLAM und CD46 unterschiedlich ist. Wie bereits für CD46 beschrieben, konnte eine schnelle Rezeptormodulation sowohl auf infizierten als auch uninfizierten Zellen nach Kontakt der MV-Glykoproteine mit SLAM, festgestellt werden. Dabei zeigte sich eine kontaktvermittelte Downregulation nach Vermischung SLAM-positiver Zellen mit per-sistent infizierten BJAB Zellen oder UV-inaktiviertem Virus. SLAM wird schnell von der Zelloberfläche SLAM exprimierender Zelllinien, wie CHO-SLAM, B95a, BJAB, sowie von peripheren Blutlymphozyten (PBL) herunterreguliert. Zusammgefasst: mit SLAM (CD150) wurde ein neuer zellulärer Rezeptor für alle Masernvirusstämme identifiziert. / Measles virus (MV) interacts with cellular receptors on the surface of peripheral blood lymphocytes (PBL) which mediate virus binding and uptake. We selected a monoclonal antibody (Mab 5C6) direc-ted to the surface of highly MV-susceptible B cells (B95a), which inhibits binding to and infection of cells with MV wild-type and vaccine-strains. I used a retroviral gene bank as a source for human splenic mRNAs and proteins, which made it pos-sible to screen with antibodies and to screen for receptor positiv cells. By using the suitable antibody 5C6 I successfully screened for receptor expressing cells using magnetic beads and FACS sorting. I cloned and identified the Mab 5C6 recognized molecule as Signaling Lymphocytic Activation Molecu-le (SLAM; CD150). In order to investigate which measles virus strains may use CD46 and /or CD150 as receptors, CHO cells expressing either recombinant CD46 or SLAM were infected with a panel of 28 MV-strains inclu-ding vaccine strains, wild-type strains with various passage histories and recombinant viruses. I found that SLAM served as a receptor conferring virus uptake and syncytium formation for all MV-strains tested. Predominantly vaccine and laboratory adapted strains, but also a minor fraction of wild-type strains tested, could utilize both CD46 and SLAM. Using recombinant viruses it was demonstrated that the single amino acid exchange in the haemagglutinin (H) protein at position 481 Asn/Tyr (H481NY) determines whether the virus can utilize CD46. The amino acid alteration has no affect on the usage of SLAM as receptor, and as such demonstrates that the binding sites for SLAM and CD46 are distinct. As described for CD46 a rapid receptor modulation was induced by contact of MV glycoproteins with SLAM on infected and uninfected cells. A contact-mediated downregulation was measured by mixing persistently infected BJAB cells or UV-inactivated viruses with uninfected SLAM-positive cells. SLAM is rapidly modulated from the cell surface of all SLAM expressing cell-lines including CHO-SLAM, B95a, BJAB as well as peripheral blood lymphocytes (PBL). In conclusion, I identified SLAM (CD150) as a new cellular receptor for all measles virus strains.

Das Masernvirus (MV) gehört zu den negativ-strängigen RNA-Viren der Familie der Paramyxoviridae und verursacht beim Menschen akute und subakute Enzephalitiden. Es wurde beschrieben, dass sich MV-RNA in den Endothelzellen von SSPE (subakute sklerosierende Panenzephalitis)-Gehirnen nachweisen lässt (Cosby & Brankin, 1995). In dieser Arbeit konnte ich eine CD46- und CD150-unabhängige Infektion von Endothelzellen durch Wildtyp-MV nachweisen. Ferner wurde beschrieben, dass das Typ II-Interferon (IFN-g) im Serum von Patienten mit akuten Masern und nach einer Masernimpfung erhöht ist (Okada et al., 2001; Ovsyannikova et al., 2003) und dieses Zytokin lässt sich auch in Gehirnläsionen von SSPE-Patienten detektieren (Nagano et al., 1994). Basierend auf diesen Erkenntnissen, konnte ich eine durch das Enzym Indolamin 2,3-Dioxygenase (IDO) vermittelte antivirale Aktivität von IFN-g gegen MV nachweisen. Endothelzellen (EZ) sind bei der akuten Masernerkrankung oder nachfolgenden Komplikationen, die auf einer persistierenden Infektion basieren, wichtige Zielzellen. CD46 und CD150 (signalling lymphocytic activation molecule, SLAM) wurden als zelluläre Rezeptoren für MV beschrieben (Dörig et al., 1993; Naniche et al., 1993; Tatsuo et al., 2000). Es konnte gezeigt werden, dass humane EZ aus dem Gehirn und aus der Nabelschnurvene (HBMECs und HUVECs) zwar CD46, aber auf RNA- und auf Proteinebene kein SLAM exprimieren. Diese Zellen konnten jedoch mit den Wildtyp-MV, die CD46 nicht als Rezeptor benutzen, infiziert werden. Diese Untersuchungen deuten auf die Präsenz eines zusätzlichen Rezeptors für die Aufnahme und Verbreitung von MV in humanen EZ hin. Der antivirale Effekt von Interferonen spielt bei der MV-Vermehrung eine entscheidende Rolle und variiert jedoch in Abhängigkeit von der Wirtszelle (Schnorr et al., 1993). Im Gegensatz zu den attenuierten MV-Impfstämmen können Wildtyp-MV den antiviralen Effekt von Typ I-IFN blockieren, indem sie die Induktion von IFNa/b hemmen und die Sensivität gegenüber dem antiviralen Effekt vermindern. Dabei spielen die V- und C-Proteine des MV eine Rolle (Naniche et al., 2000; Patterson et al., 2000; Shaffer et al., 2003), die mit zellulären STAT-Proteinen und IRF-9 interagieren (Palosaari et al., 2003; Takeuchi et al., 2003; Yokota et al., 2003). In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass IFN-g die Replikation aller MV-Stämme vorwiegend in Endo- und Epithelzellen hemmen kann und, dass diese durch IFN-g induzierte, antivirale Aktivität mit der Induktion der Indolamin 2,3-Dioxygenase (IDO) korreliert. IDO ist ein Enzym, welches in Anwesenheit von Sauerstoff den Abbau von Tryptophan zu Kynurenin katalysiert (Hirata et al., 1975) und hauptsächlich antiparasitäre, antibakterielle und antivirale (Bodaghi et al., 1999; Adams et al., 2004) Effekte vermittelt. Im Zusammenhang mit Masern wurde beschrieben, dass die Tryptophan Katabolite in SSPE-Patienten erhöht sind (Kurup & Kurup, 2002). Die Daten in dieser Arbeit zeigen, dass die durch IFN-g-induzierte antivirale Aktivität durch Zugabe von L-Tryptophan nahezu aufgehoben werden kann und daher IDO im Zuge der anti-MV Aktivität eine entscheidende Rolle spielt. / Measles virus (MV) belongs to the negative-stranded RNA-viruses of the family Paramyxoviridae and causes acute and subacute encephalitis in humans. It has been described that MV-RNA can be detected in endothelial cells of SSPE (subacute sclerosing panencephalitis)-brains (Cosby & Brankin, 1995). In this work I could show a CD46- and CD150-independent endothelial cell infection with wild-type measles viruses. Furthermore it has been described that after acute infections and vaccinations, the type II-interferon (IFN-g) concentrations are increased (Okada et al., 2001; Ovsyannikova et al., 2003) and this cytokine can also be detected in brain lesions of patients suffering from SSPE (Nagano et al., 1994). Based upon this findings I could detect an indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) mediated anti-MV activity of gamma interferon. Endothelial cells (ECs) are important target cells during acute measles and complications following the infection. CD46 and CD150 (signalling lymphocytic activation molecule, SLAM) have been described as cellular receptors for MV (Dörig et al., 1993; Naniche et al., 1993; Tatsuo et al., 2000). It has been shown that human ECs from brain and umbilical vein (HBMECs and HUVECs) were CD46-positive, but did not express SLAM neither at RNA- nor at protein level. However, these cells could be infected with the wild-type MV strains, which do not use CD46 as a receptor. These findings suggest the presence of an additional receptor for MV uptake and spread in human ECs. The antiviral effect of interferons plays an important role for the MV-replication. However, this effect depends from the host cell (Schnorr et al., 1993). Attenuated MV strains are more sensitive to type I-interferons than wild-type strains, because wild-type strains can block the induction of IFN-a/b. The V- and C-proteins of MV play a role in this process (Naniche et al., 2000; Patterson et al., 2000; Shaffer et al., 2003). They interact with STAT proteins and IRF-9 (Palosaari et al., 2003; Takeuchi et al., 2003; Yokota et al., 2003). In this work it could be shown, that IFN-g can inhibit the replication of all MV strains preferably in endo- and epithelial cells. Furthermore it could be demonstrated that the antiviral activity induced by IFN-g correlates with the induction of indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO). IDO is an enzyme which in the presence of oxygen catalyses the degradation of tryptophan (Hirata et al., 1975) and is known to mediate antiparasitic as well as antibacterial and antiviral effects (Bodaghi et al., 1999; Adams et al., 2004). In the context with measles it has been described that the tryptophan catabolites were increased in SSPE-patients (Kurup & Kurup, 2002). The data in this work show that the IFN-g-induced antiviral activity can be overcome by the addition of L-tryptophan which indicates a decisive role of IDO in the anti-MV activity.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von MV auf die Expression und Nutzung verschiedener Rezeptoren auf Dendritischen Zellen (DC) untersucht. Dazu wurden DC in vitro aus Monozyten gewonnen und mit IL- 4 und GM-CSF ausdifferenziert. In der Arbeit wurden das Wildtypvirus WTF und der Vakzinestamm ED eingesetzt. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Expression der Chemokinrezeptoren 5 (CCR5) und 7 (CCR7) auf MV-infizierten DC-Kulturen sowie das Migrationsverhalten der DC untersucht. Die Expression von CCR5 ist abhängig vom Reifungszustand der DC. Während unreife DC CCR5 exprimieren, verringert sich die Expression im Zuge der Ausreifung, während die Expression von CCR7 induziert wird. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die MV-Infektion einer DC-Kultur die Expression von CCR5 nicht beeinflusst, obwohl die Expression anderer charakteristischer Reifungsmarker erhöht wird. Weiterhin konnte die Expression von CCR7 durch eine Infektion der DC-Kulturen mit MV nicht induziert werden. Die Ergebnisse der durchgeführten durchflusszytometrischen Analysen zur Rezeptorexpression wurden in Chemotaxis-Assays eingehender untersucht. DC aus MV-infizierten Kulturen zeigten trotz anhaltender CCR5-Expression nur eine geringe Migration in Richtung des CCR5-Liganden CCL-3. Aufgrund der fehlenden CCR7- Expression konnte erwartungsgemäß keine Migration der eingesetzten DC gegenüber dem CCR7-Liganden CCL-19 beobachtet werden. Weiterhin konnten Unterschiede im induzierten Chemokinmuster in MV-infizierten DCKulturen im Vergleich zu LPS-ausgereiften oder mit einer Mockpräparation behandelten DC nachgewiesen werden. Kurz nach der Infektion konnte in MVinfizierten DC-Kulturen eine reduzierte Menge CXCL-8 und CCL-20 sowohl auf mRNA Ebene als auch auf Proteinebene detektiert werden. In weiteren Experimenten konnte eine verminderte Migration von T-Zellen auf Zusammenfassung 152 Zellkulturüberstände aus infizierten DC-Kulturen im Vergleich zu Überständen aus LPS-behandelten DC-Kulturen festgestellt werden. Im zweiten Teil der vorgelegten Arbeit konnte MV als Ligand für das DCspezifische Oberflächenmolekül DC-SIGN (dendritic cell-specific intercellular adhesion molecule (ICAM)-3 grabbing non-integrin) identifiziert werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass beide verwendeten Virusstämme an DC-SIGN binden können, DC-SIGN jedoch keinen Eintrittsrezeptor für MV darstellt. Weitere Analysen zeigten, dass DC-SIGN die Infektion, besonders bei geringen Viruskonzentrationen, verstärkt. In erster Linie zeigt die MV-Infektion unreifer DC die Bedeutung von DC-SIGN als Bindungsrezeptor für MV. Die hohe Expression von DC-SIGN auf unreifen DC ermöglicht eine effiziente effektive Infektion dieser Zellen. Auf reifen DC ist der Einfluss von DC-SIGN auf die Effektivität der Infektion der DC deutlich verringert. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden die Kontaktzeiten zwischen DC und TZellen in dreidimensionalen Kollagenmatrices untersucht. Dabei wurde eine in etwa doppelt so lange Kontaktzeit zwischen MV-infizierten DC und durch Oxidative Mitogenese veränderten T-Zellen gegenüber LPS-behandelten DC bzw. MV-infizierten und nicht-modifizierten T-Zellen festgestellt. In den parallel durchgeführten Proliferationstests wurde eine reduzierte Proliferation der TZellen beobachtet, die mit MV-infizierten DC kokultiviert wurden. Im Gegensatz zu den kürzeren Kontakten zwischen LPS-behandelten DC und modifizierten TZellen waren die Kontakte zwischen MV-infizierten DC und modifizierten TZellen nicht-stimulatorisch. / This study investigates the influence of measles virus (MV) on the expression and usage of different receptors on dendritic cells (DC) was investigated. For this dendritic cells were generated in vitro by culturing monocytes in the presence of IL-4 and GM-CSF. The wildtype virus WTF and the vaccine virus ED were used for the experiments. The first part of the study analyses the expression of Chemokine receptor 5 (CCR5) and CCR7 as well as functional consequences for the migration of MVinfected DC-cultures. The expression of CCR5 depends on the maturation state of DC; expression of CCR5 on immature DC is downregulated during maturation, while expression of CCR7 is upregulated. This study shows that the expression of CCR5 on DC is not influenced by MV-infection, although other characteristic maturation markers are upregulated. In addition, the expression of CCR7 could not be detected on DC after infection with MV. Chemotaxis assays were used to investigate the results of the flowcytometric analysis in more detail. Despite constant CCR5 expression DC of MV-infected cultures showed impaired migration towards the CCR5 ligand CCL-3. Migration towards the CCR7 ligand CCL-19 could not be detected due to the lack of CCR7 expression. Additionally, differences in the chemokine expression pattern between MV-infected and LPS- or mock-treated DC were observed. Short term infection of DC-cultures resulted in reduced mRNA and protein production of CXCL-8 and CCL-20 in DC infected with MV compared to LPS- or mock-treated cells. The migration of T-cells towards supernatants of MV-infected DC was, as well, impaired in comparison to migration towards supernatants of LPS-treated DC. In the second part of this study identified MV as a ligand for the DC-specific surface molecule DC-SIGN (dendritic cell-specific intercellular adhesion Summary 154 molecule (ICAM)-3 grabbing non-integrin). The work shows that both viruses (ED and WTF) bind to DC-SIGN, whereas uptake and replication of the virus was not supported by DC-SIGN alone. This study could show that the expression of DC-SIGN efficiently enhances the infection of different cells, especially at low virus titers. In particular, the infection of immature DC is supported by DC-SIGN. The high expression level of DC-SIGN on immature DC enhances the efficient infection of these cells. For the infection of immature DC DC-SIGN functions as an enhancement factor, whereas the infection of mature DC is less influenced by DC-SIGN. The third part of this study shows preliminary data of DC/T-cell interactions. Contact duration between both cell types were analysed in three-dimensional collagen matrices by time-lapsed videomicroscopy. The results show that interactions between MV-infected DC and modified T-cells are twice as long as those of not-infected dendritic cells. In parallel the proliferation of contacted T-cells was analysed. The T-cells contacted with MV-infected DC showed impaired proliferation in comparison with T-cells contacted with LPS-treated DC. These results show that the observed short-lived contacts between LPS-treated DC and modified T-cells are more efficient as the longer contacts between MVinfected DC and modified T-cells.