Tübingen, Univ., Diss., 2008.

Ulm, Univ. Diss., 2006.

Hohenheim, Univ., Diss., 2008.

Techn. Hochsch., Diss., 2000--Aachen.

Universiẗat, Diss., 2002--Mainz.

Universiẗat, Diss., 2003--Hamburg.

Hintergrund: Die HIV-Infektion wird von einer allgemeinen Hyperimmunaktivierung begleitet, die wahrscheinlich eine treibende Kraft in der Pathogenese der Entwicklung von AIDS darstellt. Im Rahmen einer 24-monatigen, Placebo-kontrollierten, randomisierten Doppelblindstudie wurde in unserer Arbeitsgruppe der Einfluss von gering-dosiertem Prednisolon (5 mg/Tag) auf die Progression der Erkrankung untersucht (ProCort-Studie, clinicaltrials.gov NCT01299948). Es konnte gezeigt werden, dass gering-dosiertes Prednisolon bei weiblichen Studienteilnehmerinnen zu einer signifikant verlangsamten Progression hin zum Studienendpunkt AIDS geführt hat. Die immunologischen Grundlagen dieses Effektes sind noch nicht ausreichend verstanden. Es ist bekannt, dass die HIV-Infektion zu einer Zunahme der aktivierten T-Zellen im Blut führt und dass der Anteil dieser aktivierten T-Zellen mit der Krankheitsprogression korreliert. Diese T-Zell Hyperaktivierung wird unter antiretroviraler Behandlung wieder normalisiert. In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss der Prednisolon-Behandlung auf die T-Zell-Aktivierung untersucht werden, um zu verstehen, ob die Prenisolon-Behandlung ähnliche positive Effekte auf das Immunsystem hat, wie die antiretrovirale Therapie. Methoden: In dieser Studie wurden insgesamt 154 PBMC-Proben (77 Placebo, 77 Prednisolon) des Studienzeitpunktes 12 Monate untersucht. Die PBMC wurden mit Fluorochrom-markierten Antikörpern gegen CD3 (PerCP-Cy 5.5), CD8 (FITC), CD38 (PE) und HLA-DR (APC) gefärbt und durchflusszytometrisch analysiert. Folgende Populationen wurden definiert: T-Zellen (CD3+), CD8-positive T Zellen (CD3+/CD8+), CD4-positive T Zellen (CD3+/CD8-), aktivierte T Zellen (CD38+/HLA-DR+). Eine statistische Analyse der Daten erfolgte mit Hilfe der GraphPad Prism Software. Ergebnisse: Patienten mit Prednisolon-Behandlung zeigten im Vergleich zu Patienten mit Placebo-Behandlung eine geringere Aktivierung der CD8+ T Zellen (median 8.04 % [CI95% 8.158-11.54]) vs. median 9.74 % [CI95% 9.71-13.05] sowie der CD4+ T Zellen (median 6.910% [CI95% 6.862-8.721] vs. median 8.185 % [CI95% 8.088-10.49]). Die Unterschiede sind jedoch statistisch nicht signifikant (p=0.1250 bzw. p=0.1032, U test). Bei einer Stratifizierung der Daten nach Geschlecht erreichten die festgestellten Unterschiede zwischen Placebo- und Prednisolonbehandlung bei weiblichen Studienteilnehmern statistische Signifikanz (CD8+ Aktivierung: median 7.3 % [CI95% 7.413-10.26] vs. median 10.3 % [CI95% 9.927-13.69], p = 0.0248, U-test), sowie der CD4+ T Zellen (median 6.735% [CI95% 6.448-8.476] vs. (median 8.36% [CI95% 8.274-10.72], p = 0.0158, U-test), während bei männlichen Studienteilnehmern kein Unterschied auftrat. Die Lymphozytenaktivierung zeigte eine positive Korrelation zur HIV-Viruslast (p = 0.0521 für CD8+ und p = 0.0078 für CD4+, lineare Regression) und zum Immunaktivierungsmarker sCD14 (p = 0.0075 für CD8+ und p < 0.0085 für CD4+, lineare Regression) und zum Aktivierungsmarker supar (p = 0.0261 für CD8+ und p < 0.0001 für CD4+, lineare Regression). Aktivierte CD4+ Zellen zeigten eine positive, aktivierte CD8+ Zellen eine negative Korrelation zum Anteil an memory-B-Zellen (p = 0.0080 für CD8+ und p < 0.0001 für CD4+, lineare Regression). In einer Kaplan-Meyer-Analyse innerhalb des Placebo-Arms zeigten Patienten mit einer höherne Immunaktivierung bei CD8+ T-Lymphozyten (Quartilen Q1 und Q2) eine signifikant schnellere Progression zu AIDS als Patienten mit einer niedrigen Immunaktivierung (Quartilen Q3 und G4, p = 0.0176). Diskussion: In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Studienteilnehmerinnen mit Prednisolon-Behandlung zum Zeitpunkt 12 Monate eine signifikant niedrigere Lymphozytenaktivierung zeigen als Studienteilnehmerinnen mit Placebo-Behandlung. Die Prednisolon-vermittelte Reduktion der Immunaktivierung korrelierte mit verlangsamter Krankheitsprogression. Die HIV-induzierte Immunaktivierung ist damit ein treibender Faktor in der Progression der Erkrankung. Immunmodulatorische Therapien bei Patienten mit ungenügender Immunrekonstitution unter antiretroviraler Behandlung könnten daher möglicherweise einen positiven Behandlungseffekt erzielen. Zielsetzung dieser Arbeit ist die Bestimmung der Aktivierung von CD8+ und CD4+ T-Lymphozyten bei Teilnehmern eines RCT, in dem der Effekt von niedrig-dosiertem Prednisolon auf die Progression der HIV-Infektion untersucht werden sollte. Die Ergebnisse sollten mit der Art der Behandlung (Placebo oder Prednisolon), weiteren Markern der Immunaktivierung sowie der Viruslast korreliert werden und der Effekt auf die Krankheitsprogression untersucht werden. Aus diesen Ergebnissen sollten Rückschlüsse auf die Effekte von Prednisolon auf das Immunsystem, sowie ein besseres Verständnis der Immunpathogenese der Infektion gewonnen werden. / HIV-infection comes along with chronic immune activation, which is most likely a driving force in the progression to AIDS. During a 24-month, placebo-controlled, randomized, double-blind study called the Pro-Cort trial, our work group investigated the impact of low dose prednisolone (5mg/day) on the progression of the HIV-infection. In this dissertation t-cell-activation was analyzed by the positive expression of CD3/ CD8 and CD38/HLADR markers. It showed a positive correlation to the viral load in HIV-infection. The t-cell-activation correlates also positive with known biomarkers of immune activation as sCD14 and supar. In a correlation to memory B-cells, activated CD4-t-cells correlated positively to memory B-cells, while activated CD8-t-cells correlated negatively to them. In a Kaplan-meyer-analysis in the placebo arm patients with high immune activation of CD8 positive t-cells showed a significant faster progression to AIDS than patients with a low immune activation of CD8 positive t-cells. Furthermore especially in female participants the treatment with prednisolone leaded to a significant lower immune activation. In summary positive immune modulating effects of prednisolone therapy were seen on HIV-infected individuals.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Vorkommen neu erworbener N-Glykosylierungsmotive in t(14;18)-positiven und -negativen FL der lokalisierten (FL I/II) und fortgeschrittenen Stadien (FL III/IV), sowie zum Zeitpunkt der Primärdiagnose und des Rezidivs untersucht. Dabei wurde der jeweilige Haupttumorklon mit Hilfe von „Next Generation Sequencing“ und unter Verwendung des „LymphoTrack® Assays“ in einer Serie von 68 kryoasservierten FL identifiziert 36 t(14;18)-negative und 32 t(14;18)-positive FL. Die Frequenz neu erworbener N-Glykosylierungsmotive unterschied sich signifikant zwischen t(14;18)-positiven und -negativen PD/R-FL III/IV, während man zwischen t(14;18)-positiven und -negativen PD/R-FL I/II keinen Unterschied beobachten konnte. Des Weiteren zeigten t(14;18)-negative PD/R-FL I-IV im Vergleich zu t(14;18)-positiven PD/R-FL I-IV signifikant häufiger einen Zugewinn neuer N-Glykosylierungsmotive in der FR3 Region des BCL2 Gens, sowie eine vermehrte Nutzung des IGHV4-34 Keimbahngens. Interessanterweise beschränkte sich die Nutzung des IGHV4-34 Gens auf PD-FL und konnte in R-FL nicht nachgewiesen werden. Da sowohl das Vorkommen neu erworbener N-Glykosylierungsmotive in FR3 als auch die Nutzung von IGHV4-34 im Zusammenhang mit Autoimmunerkrankungen beschrieben wurden, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Subgruppe der t(14;18)-negativen FL im pathologischen Prozess der Onkogenese mehr auf die Stimulation durch (Auto)-Antigene als durch die Stimulation des B-Zell Rezeptors mit Lektinen (DC-SIGN) angewiesen sein könnte. / This study investigated the occurrence of newly acquired n-glycosylation motifs (NANGS) in a cohort of t(14;18)-positive and t(14;18)-negative FL, including early (I/II) and advanced (III/IV) stage treatment-naive and relapsed tumors. The clonotype was determined by using a next generation sequencing approach in a series of 68 FL with fresh frozen material [36 t(14;18) positive and 32 t(14;18) negative]. The frequency of NANGS differed considerably between t(14;18)-positive and t(14;18)-negative FL stage III/IV, but no difference was observed among t(14;18)-positive and t(14;18)-negative FL stage I/II. The introduction of NANGS in all t(14;18)- negative clinical subgroups occurred significantly more often in the FR3 region. Moreover, t(14;18)-negative treatment-naive FL, specifically those with NANGS, showed a strong bias for IGHV4-34 usage compared with t(14;18)-positive treatment-naive cases with NANGS; IGHV4-34 usage was never recorded in relapsed FL. In conclusion, subgroups of t(14;18)- negative FL might use different mechanisms of B-cell receptor stimulation compared with the lectin-mediated binding described in t(14;18)-positive FL, including responsiveness to autoantigens as indicated by biased IGHV4-34 usage and strong NANGS enrichment in FR3.

Zelluläre Entscheidungen, wie z. B. die Differenzierung von T-Helferzellen (Th-Zellen) in spezialisierte Effektorlinien, haben großen Einfluss auf die Spezifität von Immunreaktionen. Solche Reaktionen sind das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels einzelner Zellen, die über kleine Signalmoleküle, so genannte Zytokine, kommunizieren. Die hohe Anzahl der Komponenten, sowie deren komplizierte und oft nichtlineare Interaktionen erschweren dabei die Vorhersage, wie bestimmte zelluläre Reaktionen erzeugt werden. Aus diesem Grund sind die globalen Auswirkungen der gezielten Beeinflussung einzelner Zellen oder spezifischer Signalwege nur unzureichend verstanden. So wirken beispielsweise etablierte Behandlungen von Autoimmunkrankheiten oft nur bei einem Teil der Patienten. Durch Einzelzellmethoden wie Live-Cell-Imaging, Massenzytometrie und Einzelzellsequenzierung, können Immunzellen heutzutage quantitativ auf mehreren Ebenen charakterisiert werden. Diese Ansammlung quantitativer Daten erlaubt die Formulierung datengetriebener Modelle zur Vorhersage von zellulären Entscheidungen, allerdings fehlen in vielen Fällen Methoden, um die verschiedenen Daten auf geeignete Weise zu integrieren und zu annotieren. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit quantitativen Modellformulierungen für die Entscheidungsfindung von Zellen im Immunsystem mit dem Schwerpunkt auf Lymphozytenproliferation, -differenzierung und -tod. / Cellular decisions, such as the differentiation of T helper (Th) cells into specialized effector lineages, largely impact the direction of immune responses. Such population-level responses are the result of a complex interplay of individual cells which communicate via small signaling molecules called cytokines. The system's complexity, stemming not only from the number of components but also from their intricate and oftentimes non-linear interactions, makes it difficult to develop intuition for how cellular responses are actually generated. Not surprisingly, the global effects of targeting individual cells or specific signaling pathways through perturbations are poorly understood. For instance, common treatments of autoimmune diseases often work for some patients, but not for others. Recently developed methods such as live-cell imaging, mass cytometry and single-cell sequencing now enable quantitative characterization of individual immune cells. This accumulating wealth of quantitative data has laid the basis to derive predictive, data-driven models of immune cell behavior, but in many cases, methods to integrate and annotate the data in a way suitable for model formulation are missing. In this thesis, quantitative workflows and methods are introduced that allow to formulate data-driven models of immune cell decision-making with a particular focus on lymphocyte proliferation, differentiation and death.

Sowohl in Süßwasserseen als auch in marinen Gewässern kommt es immer wieder zu Massenentwicklungen von Cyanobakterien, sogenannten “Blüten”. In Seen werden diese oftmals von Cyanobakterien der Gattung Microcystis dominiert, deren Arten häufig Toxine bilden. Die verbreitesten dieser Toxine sind die leberschädigen Microcystine, die eine Klasse nichtribosomal synthetisierter Peptide darstellen. Nachdem die toxische Wirkung der Microcystine bisher als deren Hauptfunktion angesehen wurde, deuten neuere Forschungsergebnisse darauf hin, dass Microcystine eine andere Primärfunktion für die Produzenten besitzen. Im Rahmen dieser Studie wurde Microvirin (Mvn), ein putatives Lektin aus Microcystis aeruginosa PCC 7806, von dem angnommen wurde, dass es funktional mit Microcystin assoziiert ist, charakterisiert. Zunächst konnte gezeigt werden, dass Mvn tatsächlich zuckerbindende Aktivität besitzt und spezifisch Mannan, ein Oligosaccharid aus Mannoseuntereinheiten, erkennt. Bindestudien zeigten, dass Zucker dieses Typs auf der Zelloberfläche von M. aeruginosa PCC 7806 lokalisiert sind und eine Bindestelle für das sekretierte Mvn darstellen. Mit Hilfe fluoreszenzmikroskopiebasierender Methoden wurde gezeigt, dass sowohl Mvn als auch das korrespondierende Mannanoligosaccharid stammspezifisch sind. Weiterhin konnte durch PCR gezeigt werden, dass das mvn-Gen in allen getesteten Microcystis-Stämmen vorkommt, die auch Gene für die Microcystinbiosynthese besitzen. Eine direkte Interaktion von Microcystin und Mvn konnte in vitro bestätigt werden. Microcystin bindet dabei über seinen N-Methyl-Dehydroalaninrest kovalent an die reduzierten Cysteinreste des Proteins. Ein Einfluss auf die Oligomerisierung des Proteins wurde festgestellt. Microcystin bindet an Cysteinreste von Proteinen, und es konnte gezeigt werden, dass dies besonders unter oxidativen Stressbedingungen geschieht. Die Daten liefern somit weitere Indizien für eine Rolle von Microcystin in der Stressadaptation. / Cyanobacteria frequently appear as so-called “water-blooms” during summer months. Cyanobacteria of the genus Microcystis, whose species often dominate freshwater lakes, produce toxins that represent a potential threat for humans and animals. The most prominent toxins are the non-ribosomally synthesised hepatotoxic microcystins. Toxicity has been considered the main function of these peptides, but recent studies propose different primary functions of microcystins for their producers. The involvement of microcystins in the response to oxidative stress was proposed recently. Within this study the putative lectin microvirin (Mvn), which was suggested to be functionally related to microcystin, was characterised. Initially it was shown that Mvn does indeed possess a carbohydrate binding activity, and specificity for mannan, an oligosaccharide made of mannose subunits, was proven. Binding studies using fluorescence-labelled Mvn and antibodies identified carbohydrates of this type at the cell surface of M. aeruginosa being a binding site for the secreted Mvn. Fluorescence microscopy techniques were employed to show that Mvn as well as the corresponding mannan oligosaccharide are strain-specific. Additionally it was shown by PCR that the mvn gene is present in all tested Microcystis strains possessing microcystin biosynthesis genes. A direct interaction of microcystin and Mvn was confirmed in vitro. Microcystin covalently binds to the reduced cysteine residues of the protein via its N-methyl-dehydroalanine moiety. An impact on the oligomerisation state of Mvn was observed. Microcystin seems to bind cysteine residues in an unspecific manner in vivo, and it was shown that this occurs especially under conditions of oxidative stress such as iron depletion and exposition to high light. Hence, the data provide further evidence for an involvement of microcystins in stress adaptation.