Proefschrift Maastricht. / Lit.opg. - Met een samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Der Nachweis monoklonaler Proteine ist integraler Bestandteil in der Diagnostik von Monoklonalen Gammopathien. Derzeit wird die kombinierte Anwendung von elektrophoretischen Messverfahren und einem Immunoassay zur Bestimmung freier κ- und λ-Leichtketten im Serum angewandt, um monoklonale Proteine sensitiv zu detektieren und präzise zu quantifizieren. Der seit 2009 verfügbare Hevylite® Immunoassay ermöglicht die leichtkettenspezifische Bestimmung und Quantifizierung von intakten Immunglobulinen der Klassen IgA, IgG und IgM im Serum und bietet damit erstmals die Möglichkeit zur Beurteilung der Klonalität durch Berechnung des Verhältnisses von Igκ zu Igλ innerhalb eines Immunglobulin-Paares. Das zentrale Ziel dieser Studie war die methodische Validierung des Testverfahrens und der Vergleich des Hevylite® Immunoassays mit aktuell etablierten Messmethoden im Nachweis von monoklonalen Proteinen im Serum von Patienten mit Monoklonaler Gammopathie. Darüber hinaus untersuchten wir das klinische Potential des Assays im Vergleich mit derzeit validierten Markern zur Beurteilung der Tumorlast im Krankheitsverlauf von Patienten mit Multiplen Myelom. Für die Bewertung der analytischen Qualität des Hevylite® Immunoassays untersuchten wir Intra- und Interassay-Präzision, Linearität, Genauigkeit, Sensitivität und Spezifität für die Immunglobulin-Subklassen IgA, IgG und IgM. Für den Sensitivitätsvergleich wurden in einem zweiten Schritt Patientenseren mit gesicherter Monoklonaler Gammopathie durch eindeutigen Nachweis einer monoklonalen Bande in der Immunfixationselektrophorese mit dem Hevylite® Immunoassay untersucht. Für die Einschätzung des Hevylite® Immunoassays als Parameter zur Beurteilung der Tumoraktivität im Krankheitsverlauf wurden nachfolgende Seren von Patienten mit Multiplen Myelom nach Stammzelltransplantation über einen Zeitraum von 1 ½ Jahren gesammelt und die Ergebnisse des Assays mit konventionellen Markern verglichen. Zusammenfassend belegen unsere Daten analytische Leistungsmerkmale für alle aktuell verfügbaren HLC-Assays, die eine Anwendung in der Routinediagnostik erlauben. In der Detektion von monoklonalen Proteinen zeigt der Immunoassay vergleichbare Ergebnisse gegenüber etablierten Messverfahren. Jedoch entsteht durch die Limitation des Hevylite®-IgG-Assays eine diagnostische Lücke, so dass die Immunfixationselektrophorese als Goldstandart zum Nachweis von monoklonalen Proteinen nicht ersetzt werden kann. Wir konnten das Potential des Hevylite® Immunoassays in der Krankheitsüberwachung als alleinige Messmethode durch auserwählte Krankheitsverläufe von Patienten mit Multiplen Myelom zeigen. Unsere Befunde unterstützen die Ergebnisse verschiedener Arbeitsgruppen und belegen ebenfalls den Nutzen insbesondere des Hevylite®-IgA-Assays in der Krankheitsüberwachung von Patienten mit Multiplen Myelom Typ IgA als Alternative zu aufwendigen elektrophoretischen Messverfahren.:Abkürzungsverzeichnis 2 1 Einführung 3 1.1 Monoklonale Gammopathien 3 1.1.1 Definition und Epidemiologie Monoklonaler Gammopathien 3 1.1.2 WHO-Einteilung und diagnostische Kriterien Monoklonaler Gammopathien laut International Myeloma Working Group (IMWG) 4 1.1.3 Pathophysiologie und Klinik Monoklonaler Gammopathien 7 1.2 Labordiagnostische Möglichkeiten zum Nachweis Monoklonaler Gammopathien 8 1.2.1 Strategien und Kriterien der Diagnosefindung 8 1.2.2 Elektrophoretische Nachweisverfahren im Serum 9 1.2.3 Quantitative Bestimmung freier κ- und λ-Leichtketten mittels Immunoassay im Serum 10 1.2.4 Quantifizierung monoklonaler Proteine als entscheidender Parameter zur Überwachung der Tumoraktivität im Krankheitsverlauf 11 1.3 Leichtkettenspezifische Immunglobulinbestimmung zum Nachweis monoklonaler Proteine 12 1.3.1 Testprinzip und Interpretation des Hevylite® Immunoassays 12 1.3.2 Validierung und Vergleich des Immunoassays zur Bestimmung von leichtkettenspezifischen Immunglobulinen mit etablierten Messverfahren in der Diagnostik von Monoklonalen Gammopathien als wesentliches Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit 13 2 Publikation 14 3 Aktuelle Anwendung und klinische Bedeutung des Hevylite® Immunoassays in der Erstdiagnostik und Beurteilung im Krankheitsverlauf Monoklonaler Gammopathien 15 4 Zusammenfassung der Arbeit 18 Literaturverzeichnis 21 Anlagen 26 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 27 Lebenslauf 28 Danksagung 30

Interaktionen zwischen Zellen sowie deren Aktivierung werden im Immunsystem durch verschiedene Zelloberflächenmoleküle reguliert. Inhalt dieser Arbeit war die Untersuchung des kürzlich identifizierten Rezeptor-Ligand-Paares BTLA und HVEM. Zunächst wurden diverse BTLA-spezifische monoklonale Antikörper generiert, mit deren Hilfe erstmals die Lokalisation BTLA-tragender Zellen im Gewebe gezeigt werden konnte. Bei umfassenden Expressionsanalysen fiel auf, dass BTLA auf nahezu allen Leukozytenpopulationen der lymphatischen Organe konstitutiv vorhanden ist, und mit seinem Liganden HVEM koexprimiert wird. Beide Moleküle werden auf verschiedenen Zellpopulationen differenziell exprimiert und aktivierungsabhängig reguliert. Funktionelle Analysen in vitro als auch in vivo ergaben, dass die BTLA-HVEM-Interaktion durch Suppression der T-Zellaktivierung und –proliferation wesentlich zur negativen Regulation der Immunantort beiträgt. Die negative Wirkung von BTLA zeigte sich sowohl bei der Initiation als auch bei bereits fortgeschrittener Aktivierung, unabhängig von der Beteiligung positiver kostimulatorischer Signalwege. Durch Stimulation von T Zellen mit unterschiedlicher BTLA-Oberflächenexpression (verschiedene Subpopulationen oder aus transgenen Mäusen) konnte die strikte Korrelation der negativen Funktion mit der BTLA-Menge auf den Zellen gezeigt werden. Es stellte sich heraus, dass BTLA essentiell für die HVEM-vermittelte Suppression ist und eine wesentliche Beteiligung weiterer HVEM-Interaktionspartner (z.B. CD160) nicht vorliegt. Die Beobachtung von veränderten Lymphozytenpopulationen in BTLA-transgenen Mäusen im Ruhezustand weist zudem auf einen zentralen Beitrag des negativen BTLA-Signals zur Aufrechterhaltung der Homöostase hin. Die ubiquitäre Expression von HVEM und BTLA in Kombination mit der gegenseitigen Modulation beider Interaktionspartner ermöglicht eine flexible Reaktion des Immunsystems auf äußere Einflüsse unter anderem über die negative Regulation durch BTLA / Activation of immune cells is regulated by various cell surface molecules during cell-cell interactions. The aim of this work was the characterization of the recently identified receptor-ligand-pair BTLA and HVEM. Initially, several BTLA-specific monoclonal antibodies were generated. With these antibodies, the localization of BTLA expressing cells in the tissues has been determined for the first time. Further detailed flow cytometric analysis revealed a strong constitutive expression of BTLA on nearly all leukocytes in lymphoid organs. Interestingly, all BTLA-expressing cells co-expressed its ligand HVEM. However, both molecules were differentially expressed on different cell populations in the steady state, but were also regulated in an activation-dependent way. Functional analyses in vitro and in vivo (in an antigen-specific adoptive transfer system) revealed a substantial contribution of the BTLA-HVEM interaction for negative regulation of immune responses by suppressing T cell activation and proliferation. Inhibitory signals of BTLA affect the initial and ongoing activation, irrespective of simultaneous positive signals from other co¬stimulatory pathways. Using wildtype and BTLA-transgenic primary T cells, a strictly linear relationship between the inhibitory function of BTLA and its cell surface levels was observed. The data clearly demonstrate that BTLA expression determined the strength of HVEM-mediated suppression, but also that BTLA is essential for this negative co-stimulation, whereas other HVEM-interaction partners were apparently not involved. Finally, the observed changes in lymphoid cell populations of the BTLA-transgenic mice even in the resting state indicate a prominent role for negative BTLA signals to maintain homeostasis. The ubiquitous expression of HVEM and BTLA together with the reciprocal modulation of both interaction partners supports flexible reaction and regulation of the immune system particularly via the inhibitory function of BTLA.

CD4+ T-Helferzellen (Th) entwickeln sich zu Th1 und Th2 Zellen, die nach ihrer Funktion und Zytokinexpression eingeteilt werden. Die differentielle Induktion von Th Zellen, die Th1 oder Th2 Zytokine exprimieren, ist der Schlüssel zur Regulation von Immunantworten bei Infektionskrankheiten, Allergien und Autoimmunerkrankungen. Daher können stabil exprimierte Oberflächenmoleküle, die spezifisch für die funktionell unterschiedlichen Th Zellen sind, von besonderer Bedeutung für die Analyse und selektive funktionelle Modulation von Th Subtypen sein und erlauben es neue therapeutische Strategien für die Behandlung von allergischen und Autoimmunerkrankungen zu etablieren. TIM-3 wurde kürzlich identifiziert als ein Molekül, welches selektiv auf der Oberfläche von Th1 Zellen exprimiert wird und welches möglicherweise eine Rolle bei der Induktion von Autoimmunerkrankungen spielt. Um monoklonale Antikörper gegen humanes TIM-3 zu produzieren, wurde die humane TIM-3 cDNA von in vitro generierten dendritischen Zellen kloniert. Der extrazelluläre Teil des Gens wurde in den prokaryotischen Expressionsvektor pQE100S insertiert und in E.coli BL21(DE3) exprimiert. Die gesamte codierende Sequenz wurde in den eukaryotischen Expressionsvektor pIRES2EGFP subkloniert und auf der Oberfläche von Säugetierzellen exprimiert. Stabile Transfektanten der CHO-K1 und HEK293 Zelllinie wurde etabliert. Die Balb/c Mäuse wurden mit löslichem und unlöslichem rekombinanten humanem TIM-3 sowie mit stabilen Transfektanten für humanes TIM-3 immunisiert. Milzzellen dieser Tiere wurden mit der Myelomzelllinie P3 X 63 Ag8.653 fusioniert. Die entwickelten Hybridome wurden im ELISA und mittels FACS auf Spezifität gegen humanes TIM-3 hin untersucht. Ein Klon der generierten Hybridome war positiv im ELISA zeigte jedoch kein Signal gegen TIM-3 auf der Oberfläche von Zellen. / CD4+ T helper (Th) cells develop into effector Th1 and Th2 cells, which are frequently categorized according to their function and cytokine expression. The differential induction of Th cells expressing Th1 or Th2 cytokines is key to the regulation of immune responses by infectious diseases, allergies and autoimmnune diseases. Thus, stably expressed surface molecules, significant for functionally different types of Th cells could be of utmost importance for the analysis and selective functional modulation of Th subsets and provide new therapeutic strategies for the trestment of allergic or autoimmune diseases. TIM-3 was recently identified as a molecule that is selectively expressed on the surface of Th1 cells and that may have a role in the induction of autoimmune disease. To produce monoclonal antibody of human TIM-3, the human TIM-3 cDNA was cloned from in vitro generated dendritic cells. The extracellular domain of human TIM-3 was inserted into prokaryotic expression vector pQE100S and expressed in E.coli BL21(DE3). The whole coding region was subcloned into eukaryotic expression vector pIRES2EGFP and expressed on the surface of mammalian cells. The stable transfectants of CHO-K1 and HEK-293 cell line was established. The BALB/c mice were immunized with soluble and insoluble recombinant human TIM-3 and also with stable transfectants. Splenocytes were fused with P3 X 63 Ag8.653 myeloma cells. The generated hybridomas were tested in ELISA and FACS for specificity against human TIM-3. A generated clone was positive in ELISA but did not respond to the TIM-3 molecule on the cell surface.

Im Rahmen dieser Arbeit gelang es, katalytische Antikörper zur Hydrolyse von Benzylphenylcarbamaten sowie zahlreiche monoklonale Antikörper gegen Haptene herzustellen.<br /> <br /> Es wurden verschiedene Hapten-Protein-Konjugate unter Verwendung unterschiedlicher Kopplungsmethoden hergestellt und charakterisiert. Zur Generierung der hydrolytisch aktiven Antikörper wurden Inzuchtmäuse mit KLH-Konjugaten von 4 Übergangszustandsanaloga (ÜZA) immunisiert. Mit Hilfe der Hybridomtechnik wurden verschiedene monoklonale Antikörper gegen diese ÜZA gewonnen. Dabei wurden sowohl verschiedene Immunisierungsschemata als auch verschiedene Inzuchtmausstämme und Fusionstechniken verwendet. Insgesamt wurden 32 monoklonale Antikörper gegen die verwendeten ÜZA selektiert. Diese Antikörper wurden in großen Mengen hergestellt und gereinigt. <br /> <br /> Zum Nachweis der Antikörper-vermittelten Katalyse wurden verschiedene Methoden entwickelt und eingesetzt, darunter immunologische Nachweismethoden mit Anti-Substrat- und Anti-Produkt-Antikörpern und eine photometrische Methode mit Dimethylaminozimtaldehyd. Der Nachweis der hydrolytischen Aktivität gelang mit Hilfe eines Enzymsensors, basierend auf immobilisierter Tyrosinase. Die Antikörper N1-BC1-D11, N1-FA7-C4, N1-FA7-D12 und R3-LG2-F9 hydrolysierten die Benzylphenylcarbamate POCc18, POCc19 und Substanz 27. Der Nachweis der hydrolytischen Aktivität dieser Antikörper gelang auch mit Hilfe der HPLC. <br /> <br /> Der katalytische Antikörper N1-BC1-D11 wurde kinetisch und thermodynamisch untersucht. Es wurde eine Michaelis-Menten-Kinetik mit Km von 210 &#181;M, vmax von 3 mM/min und kcat von 222 min-1 beobachtet. Diese Werte korrelieren mit den Werten der wenigen bekannten Diphenylcarbamat-spaltenden Abzyme. Die Beschleunigungsrate des Antikörpers N1-BC1-D11 betrug 10. Das ÜZA Hei3 hemmte die hydrolytische Aktivität. Dies beweist, dass die Hydrolyse in der Antigenbindungsstelle stattfindet. Weiter wurde zwischen der Antikörperkonzentration und der Umsatzgeschwindigkeit eine lineare Abhängigkeit festgestellt. Die thermodynamische Gleichtgewichtsdissoziationskonstante KD des Abzyms von 2,6 nM zeugt von einer sehr guten Affinität zum ÜZA. <br /> <br /> Hydrolytisch aktiv waren nur Antikörper, die gegen das Übergangszustandsanalogon Hei3 hergestellt worden waren. Es wird vermutet, dass die Hydrolyse der Benzylphenylcarbamate über einen Additions-Eliminierungsmechanismus unter Ausbildung eines tetraedrischen Übergangszustandes verläuft, dessen analoge Verbindung Hei3 ist.<br /> <br /> Im Rahmen der Generierung von Nachweisantikörpern zur Detektion der Substratabnahme bei der Hydrolyse wurden Anti-Diuron-Antikörper hergestellt. Einer der Antikörper (B91-CG5) ist spezifisch für das Herbizid Diuron und hat einen IC50-Wert von 0,19 &#181;g/l und eine untere Nachweisgrenze von 0,04 &#181;g/l. Ein anderer Antikörper (B91-KF5) reagiert kreuz mit einer Palette ähnlicher Herbizide. Mit diesen Antikörpern wurde ein empfindlicher Labortest, der ein Monitoring von Diuron auf Grundlage des durch die Trinkwasserverordnung festgeschriebenen Wertes für Pflanzenschutzmittel von 0,1 &#181;g/l erlaubt, aufgebaut. <br /> <br /> Der Effekt der Anti-Diuron-Antikörper auf die Diuron-inhibierte Photosynthese wurde in vitro und in vivo untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass sowohl in isolierten Thylakoiden, als auch in intakten Algen eine Vorinkubation der Anti-Diuron-Antikörper mit Diuron zur Inaktivierung seiner Photosynthese-hemmenden Wirkung führt. Wurde der Elektronentransport in den isolierten Thylakoiden oder in Algen durch Diuron unterbrochen, so führte die Zugabe der Anti-Diuron-Antikörper zur Reaktivierung der Elektronenübertragung. / Attempts to produce catalytic antibodies for hydrolysis of arylcarbamates and arylureas:<br /> The aim of the investigations was to produce antibodies which are able to cleave herbicides resistant to naturally occuring enzymes. Structurally similar carbamate and urea derivatives were chosen for the experiments.<br /> <br /> Phosphonate derivatives were synthesized that mimick possible transition state analogues in structure and charge. Mice were immunized with 4 different derivatives after conjugating them to carrier proteins. 32 hybridomas were established that produce monoclonal antibodies binding to these derivatives. <br /> <br /> The possible cleavage of substrates was determined by immunoassays with monoclonal antibodies against the substrate and the products and with a photometric method based on dimethylaminocinammonaldehyde. The measuring of cleavage products was succeeded by an amperometric method. The enzyme sensor was based on immobilized tyrosinase which oxidizes p-chlorophenol and phenol.<br /> <br /> The antibodies N1-BC1-D11, N1-FA7-C4, N1-FA7-D12 und R3-LG2-F9 hydrolysed the benzylphenylcarbamates POCc18, POCc19 und Substance 27. The hydrolytic activity of these antibodies was also succeeded with HPLC.<br /> <br /> The catalytic antibody N1-BC1-D11 was investigated kinetically and thermodynamically. A Michaelis-Menten-Kinetic was observed (at pH 8.0 exhibited a Km 210 &#181;M, a vmax 3 mM/min and a kcat 222 min-1). These values are in the range of the values obtained for the antibody-catalysed hydrolysis of diphenylcarbamates. The rate enhancement of N1-BC1 was 10. The reaction was completely inhibited by stoichiometric quantities of the transition state analogue Hei3. This is consistent with the affinity of the abzyme to Hei3 of 2.6 nM, determined by BIAcore assay.<br /> <br /> Only antibodies generated against Hei3 showed hydrolytic activity. The hydrolysis of benzylphenylcarbamates presumably occurs via an addition-elimination-Mechanism involving a tetrahedral intermediate. <br /> <br /> In summary, this work presents the first example of antibody-catalysed hydrolysis of benzylphenylcarbamates. <br /> <br /> Monoclonal anti-diuron antibodies were generated that bind to the herbicide diuron with an extremely low equilibrium dissociation constant. A sensitive immunoassay with a low detection limit of 0.2 nM for diuron was established. This is the most sensitive immunological method for detection of diuron known so far.<br /> <br /> These antibodies were also used in vitro and in vivo to prevent diuron-dependent inhibition of photosynthesis or to restore photosynthesis after inhibition. In isolated thylakoids prepared from spinach leaves (Spinacia oleracea L.) the diuron-inhibited Hill reaction was reconstituted immediately following the addition of the monoclonal antibodies. In an in vivo approach the photosynthetic oxygen evolution of the cell wall deficient mutant (cw 15) of the green alga Chlamydomonas reinhardtii Dangeard was monitored. The antibodies prevented the diuron-dependent inhibition of photosynthesis and restored photosynthesis after inhibition. Transgenic plants that synthesize and accumulate these antibodies or antibody fragments and are therefore diuron-resistant can be created.

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In einem komplexen tierexperimentellen Ansatz wurde das Potenzial der anti huCD4-Antikörper MAX16H5 und MAX12F6 zur Modulierung zellvermittelter Immun-reaktionen in vivo untersucht. Dafür kam ein mehrfach transgenes Mausmodell zur Anwendung, in dem das humane Zielmolekül und dessen physiologischer Ligand als Transgene exprimiert waren. Als T-Zell vermittelte Immunreaktion wurde eine Kon-taktreaktion (delayed type hypersensitivity, DTH) gegen DNFB etabliert und validiert. An der DTH wurde untersucht, ob und wie die verschiedenen Antikörper die Sen-sibilisierungs- und die Auslösungsphase beeinflussen. Die experimentellen Ergeb-nisse zeigen, dass die Antikörper epitop- und isotypabhängig die beiden Phasen der DTH unterschiedlich beeinflussen. Die Applikation der Antikörper während der Sensi-bilisierung führte zu einer unterschiedlich ausgeprägten Suppression der DTH. Dage-gen hatten sie gegensätzliche Effekte auf die Auslösung. Während nach MAX12F6-Behandlung eine stärkere und prolongierte DTH gemessen wurde, verlief die DTH-Reaktion nach MAX16H5-Applikation deutlich abgeschwächt. Mittels flowzytometri-scher Analysen konnte gezeigt werden, dass die Antikörper unterschiedliche Subpo-pulationen der T-Helferzellen depletieren. Darüber hinaus führte MAX16H5 offen-sichtlich zur Induktion regulatorischer T-Zellen. Die Daten erklären unterschiedliche Erfolge aus ersten klinischen Studien mit verschiedenen anti huCD4 Antikörpern. Auch eignet sich CD4 auch als diagnostisches Target zur in vivo Diagnostik T-Zell vermittelter Entzündungsreaktionen. Mit Antikörperfragmenten von MAX16H5 wurde ein immunszintigraphisches Verfahren entwickelt, das die spezifische Darstellung der mit der DTH einhergehenden Entzündungsreaktion ermöglicht.

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