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Macrophages have important protective functions during infection with herpes simplex virus type 1 (HSV-1). However, molecular mechanisms that restrict viral propagation and protect from severe disease are unclear. Here we show that macrophages take up HSV-1 via endocytosis and transport the virions into multivesicular bodies (MVBs). In MVBs, acid ceramidase (aCDase) converts ceramide into sphingosine and increases the formation of sphingosine-rich intraluminal vesicles (ILVs). Once HSV-1 particles reach MVBs, sphingosine-rich ILVs bind to HSV-1 particles, which restricts fusion with the limiting endosomal membrane and prevents cellular infection. Lack of aCDase in macrophage cultures or in Asah1−/− mice results in replication of HSV-1 and Asah1−/− mice die soon after systemic or intravaginal inoculation. The treatment of macrophages with sphingosine enhancing compounds blocks HSV-1 propagation, suggesting a therapeutic potential of this pathway. In conclusion, aCDase loads ILVs with sphingosine, which prevents HSV-1 capsids from penetrating into the cytosol., Macrophages are critical in limiting replication of herpes simplex virus type 1 (HSV-1). Here the authors show how acid ceramidase and its enzymatic product sphingosine enable multivesicular bodies to function as an anti-viral mechanism.

Retroviral envelope (Env) proteins have long been recognized to exhibit immunosuppressive properties, which affect the CD8+ T-cell response to an infection but also to immunization. Interestingly, we previously showed in the Friend murine leukemia virus (F-MuLV) model that the surface Env protein gp70 also plays a role in immunosuppression, in addition to the immunosuppressive function attributed to the transmembrane Env protein. We now demonstrate that immunization with F-MuLV Env leads to a significant increase in interleukin-10 (IL-10)-producing CD4+ T cells and that the induction of CD8+ T-cell responses in the presence of Env is rescued if the capacity of CD4+ T cells to produce IL-10 is abrogated, indicating a mechanistic role of IL-10-producing CD4+ T cells in mediating the Env-induced suppression of CD8+ T-cell responses in Env co-immunization. We found that CD8+ T-cell responses against different immunogens are not all equally affected. On the other hand, suppression of immunity was observed not only in co-immunization experiments but also for immune control of subcutaneous tumor growth after an Env immunization. Finally, we show that suppression of CD8+ T cells by the surface Env protein is observed not only for Friend MuLV Env but also for the Env proteins of other gamma retroviruses. Taken together, our results show that IL-10-producing CD4+ T cells mechanistically underlie the Env-mediated suppression of CD8+ T-cell responses and suggest the presence of an immunosuppressive motif in the surface Env protein of gamma retroviruses.

Acid ceramidase (Ac) is part of the sphingolipid metabolism and responsible for the degradation of ceramide. As bioactive molecule, ceramide is involved in the regulation of many cellular processes. However, the impact of cell-intrinsic Ac activity and ceramide on the course of Plasmodium infection remains elusive. Here, we use Ac-deficient mice with ubiquitously increased ceramide levels to elucidate the role of endogenous Ac activity in a murine malaria model. Interestingly, ablation of Ac leads to alleviated parasitemia associated with decreased T cell responses in the early phase of Plasmodium yoelii (P. yoelii) infection. Mechanistically, we identified dysregulated erythropoiesis with reduced numbers of reticulocytes, the preferred host cells of P. yoelii, in Ac-deficient mice. Furthermore, we demonstrate that administration of the Ac inhibitor carmofur to wild type mice has similar effects on P. yoelii infection and erythropoiesis. Notably, therapeutic carmofur treatment after manifestation of P. yoelii infection is efficient in reducing parasitemia. Hence, our results provide evidence for the involvement of Ac and ceramide in controlling P. yoelii infection by regulating red blood cell development.

The replication of viruses in secondary lymphoid organs guarantees sufficient amounts of pattern-recognition receptor ligands and antigens to activate the innate and adaptive immune system. Viruses with broad cell tropism usually replicate in lymphoid organs, however, whether a virus with a narrow tropism relies on replication in the secondary lymphoid organs to activate the immune system remains not well studied. In this study, we used the artificial intravenous route of infection to determine whether Influenza A virus (IAV) replication can occur in secondary lymphatic organs (SLO) and whether such replication correlates with innate immune activation. Indeed, we found that IAV replicates in secondary lymphatic tissue. IAV replication was dependent on the expression of Sialic acid residues in antigen-presenting cells and on the expression of the interferon-inhibitor UBP43 (Usp18). The replication of IAV correlated with innate immune activation, resulting in IAV eradication. The genetic deletion of Usp18 curbed IAV replication and limited innate immune activation. In conclusion, we found that IAV replicates in SLO, a mechanism which allows innate immune activation.

Cytotoxic CD8(+) T-cells play a pivotal role in the pathogenesis of systemic lupus erythematosus (SLE). The aim of this study was to investigate the role of CD107a (LAMP-1) on cytotoxic CD8(+) T-cells in SLE-patients in particular with lupus nephritis. Peripheral blood of SLE-patients (n = 31) and healthy controls (n = 21) was analyzed for the expression of CD314 and CD107a by flow cytometry. Kidney biopsies of lupus nephritis patients were investigated for the presence of CD8(+) and C107a(+) cells by immunohistochemistry and immunofluorescence staining. The percentages of CD107a(+) on CD8(+) T-cells were significantly decreased in SLE-patients as compared to healthy controls (40.2 +/- 18.5% vs. 47.9 +/- 15.0%, p = 0.02). This was even more significant in SLE-patients with inactive disease. There was a significant correlation between the percentages of CD107a(+)CD8(+) T-cells and SLEDAI. The evaluation of lupus nephritis biopsies showed a significant number of CD107a(+)CD8(+) T-cells mainly located in the peritubular infiltrates. The intrarenal expression of CD107a(+) was significantly correlated with proteinuria. These results demonstrate that CD8(+) T-cells of patients with systemic lupus erythematosus have an altered expression of CD107a which seems to be associated with disease activity. The proof of intrarenal CD107a(+)CD8(+) suggests a role in the pathogenesis of lupus nephritis.

Early and strong production of IFN-I by dendritic cells is important to control vesicular stomatitis virus (VSV), however mechanisms which explain this cell-type specific innate immune activation remain to be defined. Here, using a genome wide association study (GWAS), we identified Integrin alpha-E (Itgae, CD103) as a new regulator of antiviral IFN-I production in a mouse model of vesicular stomatitis virus (VSV) infection. CD103 was specifically expressed by splenic conventional dendritic cells (cDCs) and limited IFN-I production in these cells during VSV infection. Mechanistically, CD103 suppressed AKT phosphorylation and mTOR activation in DCs. Deficiency in CD103 accelerated early IFN-I in cDCs and prevented death in VSV infected animals. In conclusion, CD103 participates in regulation of cDC specific IFN-I induction and thereby influences immune activation after VSV infection. OA Förderung 2021

Viral infections can cause severe diseases in mammals, especially human being, however recently studies showed that some type of viral infection could help tumor patients to control the tumor growth. Understanding the mechanisms how immune system combat against viral infection and using viruses against lethal diseases such as cancer could help to develop better treatment therapies and vaccines to treat patients. In this thesis, we have investigated the role of cell adhesion molecule (CEACAM1) in LCMV infection and how LCMV influences tumor growth in tumor-bearing mice. Here in this study, we demonstrated that murine carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1) antibody promote T cells response during lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection. Human CEACAM1 antibody enhance Human T cell function in vitro. This study clearly showed that CEACAM1 antibody could improve T cell response in mouse and human. In another set of experiments, we investigated the role of virus infection in the B16F10-OVA model. We found tumor-specific CD8+ T cells homed into tumors, and hardly react against the tumor cells. Reason for unresponsiveness against the tumor was a strong down-regulation of MHC-I in an advanced tumor. Innate immune activation by LCMV restored the MHC class I expression, enhanced T cell function and led to tumor regression. This investigation shows that growing tumor cells do not necessarily lead to systemic exhaustion of the anti-tumoral CD8+ T cell response. Lack of innate signals is an additional reason for limited CD8+ T cell mediated cytotoxicity against the tumor. In conclusion, these two studies elucidate the functional role of CEACAM1 antibody during viral infection, and the role of immune activation by LCMV in tumor-bearing mice. Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2020

Immune activation within the tumor microenvironment is one promising approach to induce tumor regression. Certain viruses including oncolytic viruses such as the herpes simplex virus (HSV) and non-oncolytic viruses such as the lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) are potent tools to induce tumor-specific immune activation. However, not all tumor types respond to viro- and/or immunotherapy and mechanisms accounting for such differences remain to be defined. In our current investigation, we used the non-cytopathic LCMV in different human melanoma models and found that melanoma cell lines produced high levels of CCL5 in response to immunotherapy. In vivo, robust CCL5 production in LCMV infected Ma-Mel-86a tumor bearing mice led to recruitment of NK cells and fast tumor regression. Lack of NK cells or CCL5 abolished the anti-tumoral effects of immunotherapy. In conclusion, we identified CCL5 and NK cell-mediated cytotoxicity as new factors influencing melanoma regression during virotherapy. OA Förderung 2020

Fc gamma receptors (FcγRs) are widely expressed on a variety of immune cells and play a myriad of regulatory roles in the immune system because of their structural diversity. Apart from their indispensable role in specific binding to the Fc portion of antibody subsets, FcγRs manifest diverse biological functions upon binding to their putative ligands. Examples of such manifestation include phagocytosis, presentation of antigens, mediation of antibody-dependent cellular cytotoxicity, anaphylactic reactions, and the promotion of apoptosis of T cells and natural killer cells. Functionally, the equilibrium between activating and inhibiting FcγR maintains the balance between afferent and efferent immunity. The γ subunit of the immunoglobulin Fc receptor (FcRγ) is a key component of discrete immune receptors and Fc receptors including the FcγR family. Furthermore, FcγRs exert a key role in terms of crosslinking the innate and adaptive workhorses of immunity. Ablation of one of these receptors might positively or negatively influence the immune response. Very recently, we discovered that FcRγ derived from natural cytotoxicity triggering receptor 1 (NCR1) curtails CD8+ T cell expansion and thereby turns an acute viral infection into a chronic one. Such a finding opens a new avenue for targeting the FcγRs as one of the therapeutic regimens to boost the immune response. This review highlights the structural heterogeneity and functional diversity of the ubiquitous FcγRs along with their featured subunit, FcRγ.

The replication of virus in secondary lymphoid organs is crucial for the activation of antigen-presenting cells. Balanced viral replication ensures the sufficient availability of antigens and production of cytokines, and both of which are needed for virus-specific immune activation and viral elimination. Host factors that regulate coordinated viral replication are not fully understood. In the study reported here, we identified Map3k14 as an important regulator of enforced viral replication in the spleen while performing genome-wide association studies of various inbred mouse lines in a model of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection. When alymphoplasia mice (aly/aly, Map3k14aly/aly, or Nikaly/aly), which carry a mutation in Map3k14, were infected with LCMV or vesicular stomatitis virus (VSV), they display early reductions in early viral replication in the spleen, reduced innate and adaptive immune activation, and lack of viral control. Histologically, scant B cells and the lack of CD169+ macrophages correlated with reduced immune activation in Map3k14aly/aly mice. The transfer of wildtype B cells into Map3k14aly/aly mice repopulated CD169+ macrophages, restored enforced viral replication, and resulted in enhanced immune activation and faster viral control.

Ein großer Anteil der Weltbevölkerung ist von einer chronischen viralen Infektion betroffen. Eine effektive Regulation der CD8+ T-Zellen ist essenziell für die Bekämpfung einer viralen Infektion. Außerdem gelten natürliche Killerzellen (NK-Zellen) als Wächter des angeborenen Immunsystems, welche die antiviralen T-Zellen negativ regulieren. Der Typ I Interferon (IFN-I)-Signalweg der CD8+-T-Zellen ist einer der regulierenden Mediatoren, welche die CD8+T-Zell Antwort vor dem durch NK-Zellen vermittelten Abtöten schützen. Regulierende Faktoren der natürlichen Killerzellen sind jedoch weitgehend unbekannt. Das Lymphozytäre-Choriomeningitis-Virus (LCMV) ist resistent gegen NK-Zellen und stellt ein typisches Modell zur Untersuchung der Interaktion zwischen den NK-Zellen und den CD8+-T-Zellen dar. In dieser Studie haben wir mit Hilfe eines Mausmodells (Fcer1g–/– Mäuse), welchem der Fc-Rezeptor der gemeinsamen Gamma-Kette (FcRγ oder FcεRIγ) fehlt, den Effekt des intrinsischen Fc-Rezeptors der natürlichen Killerzellen auf die Antwort der T-Zellen im Rahmen einer chronischen LCMV-Infektion erforscht. Wir können berichten, dass das Fehlen von FcεRIγ trotz der unveränderten Qualität der natürlichen Killerzellen in den FcεRIγ– Mäusen zu einer starken Immunantwort der CD8+-T-Zellen und einer kontrollierten LCMV-Infektion geführt hat. Außerdem konnten wir bei den NK-Zellen eine hohe intrazelluläre Expression von FcεRIγ feststellen. Darüber hinaus haben wir herausgefunden, dass das Rezeptorprotein NCR1/NKp46, das einen einzigartigen aktivierenden NK-Zell-Rezeptor darstellt und bei ruhenden und aktivierten NK-Zellen exprimiert wird, bei FcεRIγ-defizienten NK-Zellen nicht exprimiert wird. Interessanterweise führte FcεRIγ durch die Hemmung der proteasomalen Degradation von NCR1 zur Stabilisierung der NCR1-Expression. Durch die Übertragung von monoklonalen LCMV-spezifischen CD8+-T-Zellen und die Depletion der NK-Zellen konnten wir die wichtige Rolle des NCR1-intrinsischen FcεRIγ bei der Eliminierung der Immunantwort der LCMV-spezifischen CD8+T-Zellen zeigen. Aufgrund unserer Ergebnisse lässt sich zusammenfassend sagen, dass der Mangel an FcεRIγ zu einem Defekt in der NKp46-Expression in den NK-Zellen führt und somit deren Aktivität beeinträchtigt. Die Immunantwort der CD8+-T-Zellen wird im Verlauf einer LCMV-Infektion durch die Expression des intrinsischen FcεRIγ der NK-Zellen vermindert, wodurch die akute Infektion in eine chronische Infektion mit Erschöpfung der T Zell Antwort und viraler Persistenz umgewandelt wird., Chronic viral infection is a health condition that afflicts a huge sector of the global population. An effective CD8+ T cell regulation is critical to eradicate the viral infection. Furthermore, NK cells are regarded as innate sentinels and widely defined to regulate the antiviral CD8+ T cells negatively. IFN-I signalling in CD8+ T cells is one of the regulating mediators that renders CD8+ T cells protective against NK cell–mediated killing, however, factors modulating the regulatory functions of NK cells are mainly unknown. Albeit, lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) is NK cells-resistant, it is a prototypical model to investigate the NK-CD8+ T cells crosstalk and it is well-studied model for acute and chronic infections. Herein, we exploited mice that are devoid Fc receptor common gamma chain (FcRγ or FcεRIγ) (Fcer1g–/– mice) to address the role of NK cell-intrinsic Fc receptor on shaping the T cell responses in the chronic LCMV settings. We report here that, FcεRIγ deficiency led to potent CD8+ T cell response and efficient control of LCMV, despite the unaffected NK cells quality in FcεRIγ –deficient animals. In addition, we noticed that FcεRIγ is highly expressed intracellularly by NK cells. More specifically, we found that, FcεRIγ-deficient NK cells are not expressing NCR1/NKp46, a unique activating receptor expressed by both resting and activated NK cells. Intriguingly, FcεRIγ was found to stabilize the NCR1 expression via preventing its proteasomal degradation. With the aid of monoclonal LCMV-specific CD8+ T cells transfer and NK cell depletion experiments, we highlight the direct role of NCR1-intrinsic FcεRIγ in eliminating the LCMV-specific CD8+ T cells response. In summary, our study unravels that lack of FcεRIγ abrogates NKp46 expression on NK cells, and hence compromising their activity on target cells. Thus, NK cell-intrinsic FcεRIγ curtails the CD8+ T cells response in the course of viral infection, converting the acute signature of the disease, whereby the robust CD8+ T cells response and efficient viral control, into a chronic one where the T cells exhaustion, immunopathology and virus persistence.

Background: Tamoxifen (TAM) is an estrogen-receptor antagonist, widely used in the adjuvant treatment of early stage estrogen-sensitive breast cancer. Several studies have revealed new biological targets of TAM that mediate the estrogen receptor independent activities of the drug. Recently, the antiviral activity of TAM on replication of human immunodeficiency virus (HIV), hepatitis Cvirus (HCV) and Herpes simplex virus (HSV-1) in vitro was described. In the current study, we aimed to investigate the effect of TAM on infection with vesicular stomatitis virus (VSV). Methods: Vero cells were treated with different concentrations of TAM for 24 h and then infected with VSV. Additionally, C57BL/6 mice were pretreated with 4 mg TAM, one day and three days before infection with VSV. Results: Treatment of Vero cells with TAM suppressed the viral replication of VSV in vitro and in vivo. The inhibitory effect of TAM on VSV replication correlated with an enhanced interferon-I response and stimulation of macrophages. Conclusions: TAM was identified as being capable to protect from VSV infection in vitro and in vivo. Consequently, this antiviral function (as an advantageous side-effect of TAM) might give rise to new clinical applications, such as treatment of resistant virus infections, or serve as an add-on to standard antiviral therapy.

Clinical administration of Interferon α (IFNα) resulted in limited therapeutic success against some viral infections. Immune modulation of CD8⁺ T cell responses during IFNα therapy is believed to play a pivotal role in promoting viral clearance. However, these clinical studies primarily focused on IFNα subtype 2. To date, the immunomodulatory roles of the remaining 10–13 IFNα subtypes remains poorly understood, thereby precluding assessments of their potential for more effective treatments. Here, we report that virus-specific CD8⁺ T cell responses were influenced to various extents by individual IFNα subtypes. IFNα4, 6, and 9 had the strongest effects on CD8⁺ T cells, including antiproliferative effects, improved cytokine production and cytotoxicity. Interestingly, augmented cytokine responses were dependent on IFNα subtype stimulation of dendritic cells (DCs), while antiproliferative effects and cytotoxicity were mediated by IFNAR signaling in either CD8⁺ T cells or DCs. Thus, precise modulation of virus-specific CD8⁺ T cell responses may be feasible for specific antiviral immunotherapies through careful selection and administration of individual IFNα subtypes. OA Förderung 2019

Viren besitzen eine minimale Überlebensausstattung, die ihren Fortbestand in widrigen Umständen sichert, aber sie nicht zur unabhängigen Reproduktion befähigt. Letzteres zu kompensieren, berauben sie die Resourcen ihres Wirts und beuten die Wirts-Maschinerie zu ihrem Vorteil aus. Diese Faktoren ermöglichen in erster Linie die Virus-Replikation und führen daher zur Infektion des Wirts. Sie sind aber auch - vielleicht eher kontraintuitiv – nötig zur Sicherung der Virusreplikation in antigen-präsentierenden Zellen (antigen presenting cells; APCs), wodurch es zur Antigen-Prozessierung und -Präsentation kommt, welche widerum die Immunaktivierung auslöst, damit die Infektion beseitigt werden kann. Das angeborene und das adaptive Immunsystem arbeiten nebeneinander, um Infektionen effektiv zu bekämpfen. Wir haben gezeigt, dass eine verstärkte Virusreplikation in den CD169+ Makrophagen der Milz wichtig für eine Immunaktivierung ist. In dieser Arbeit haben wir eine neue Funktion eines Transkriptions-Faktors identifiziert, der bereits für seine bedeutende Rolle in Zellreplikation und -proliferation bekannt ist. Die vorliegende Arbeit erarbeitet Rolle von B-Myb in der Virus-Replikation und untersucht den therapeutischen Effekt einer LCMV-Infektion bei Tumoren. B-Myb ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor für Zellproliferation, Mitglied des DREAM-Komplexes und bekannt dafür, die Expression vielzähliger Gene zu induzieren. Hier wird gezeigt, dass B-Myb auch ein bedeutender Faktor ist, der während der Virus-Replikation aktiviert wird und dem Virus hilft, indem er die Expression verschiedener Wirts-Faktoren erhält, die für die Virion-Produktion und -Freisetzung benötigt werden. Wir haben beobachtet, dass die Aktivierung von B-Myb bei der Virus-Replikation nicht zell-spezifisch ist. Wir zeigen, dass B-Myb-abhängige frühe Virus-Replikation in der Milz wichtig für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und somit der anti-viralen Antwort ist und das sowohl bei RNA- als auch DNA-Viren. Zudem wird gezeigt, dass die B-Myb-abhängige Replikation eine Bedingung für die humanen Viren HSV und HIV ist. Im zweiten Teil der Arbeit wird der Effekt von B-Myb abhängiger LCMV-Replikation bei Tumoren untersucht. Interessanterweise, decken wir das Potential von LCMV als Anti-Tumor-Therapeutikum auf, dass verglichen mit onkolytischen Viren vergleichbar oder sogar effektiver ist. Wir demonstrieren, dass eine LCMV-Behandlung ein Eindringen von Immunzellen in Tumore bewirkt. Darüberhinaus wird gezeigt, dass eine LCMV-Behandlung zur Tumor-Regression aufgrund von IFN-I produzierenden Ly6C+ Monozyten führt, welches anti-angiogenetisch wirkt. Zusammenfassend haben wir eine neue Funktion von B-Myb als Wirtsfaktor identifiziert, der die Replikation mehrerer Viren vereinfacht. Wir zeigten die Wichtigkeit B-Myb’s für die frühe Virus-Replikation, Immun-Aktivierung und Infektionskontrolle auf. Zudem etablierten wir LCMV als eine IFN-I-abhängige Anti-Tumor-Therapie. Viruses have minimal survival requirements thus ensuring their survival in harsh conditions but are unable to replicate independently. To overcome this, they hijack host resources and exploit host machinery for their benefit. These factors enable virus replication in the first place thus infecting the host but perhaps rather counterintuitively they are also necessary to ensure virus replication in antigen presenting cells (APCs) to ensure virus antigen processing and presentation ensuring immune activation such that the infection can be cleared. Innate and adaptive immune system works side-by-side in order to effectively combat infections. We have shown that enforced virus replication in splenic CD169+ macrophages is crucial for immune activation. In this study, we have identified a novel function of a transcription factor known for its crucial role in cell replication and proliferation. The present study thus deals with elaborating the role of B-Myb in virus replication and exploring the therapeutic effect of LCMV replication in tumors. B-Myb is an important transcription factor for cell proliferation, member of DREAM complex and is also known to induce expression of multiple genes. Here, we show that B-Myb is also a major transcription factor activated during virus replication and helps the virus by maintaining the expression of various host-factors required for virion production and release. We observed that activation of B-Myb on viral replication is not cell-specific. We show that B-Myb dependent early virus replication in spleen is crucial for adaptive immune activation and thus anti-viral response in both RNA and DNA viruses. We also show here that B-Myb dependent replication is also a requirement for human viruses HSV and HIV. In the second portion of the thesis we explored the effect of B-Myb dependent LCMV replication in tumors. Interestingly, we show the potential of LCMV as anti-tumor virotheray which when compared to oncolytic viruses, is comparable or more effective. We demonstrated that LCMV treatment induces evasive immune infiltration in tumors. We show that LCMV treatment leads to tumor regression via IFN-I producing Ly6C+ monocytes which acts as anti-angiogenesis. In conclusion, we have identified a new function of B-Myb as host factor facilitating the replication of multiple viruses. We demonstrated the importance of B-Myb in early virus replication for immune activation and infection control. We also established LCMV as an IFN-I dependent anti-tumor therapy. Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2017

Krankheiten, die durch Virusinfektionen ausgelöst werden, stellen eine große Besorgnis für die Menschheit dar. Viren wie das humane Immundefizienz-Virus (HIV), Hepatitis B Virus (HBV) und Hepatitis C Virus (HCV), die chronische Infektionen verursachen, sind immer lebensbedrohlich. Die Mechanismen zu verstehen, wie das Immunsystem Virusinfektionen bekämpft, kann helfen bessere Impfstoffe oder Therapien zu entwickeln, um tödlichen Virusinfektionen vorzubeugen. In dieser Studie untersuchten wir die Rolle von CD169+ Makrophagen, die in der Marginalzone der Milz lokalisiert sind, für der adaptiven Immunantwort. Die anfängliche Virus-Replikation in den CD169+ Makrophagen der Milz bei einer systemischen Infektion mit dem vesikulären Stomatitis-Virus (VSV), welche das angeborene und adaptive Immunsystem aktiviert, wurde bereits beschrieben. Indem wir hier das lymphozytäre Choriomeningitis-Virus (LCMV) im Maus-Modell untersuchten, fanden wir, dass die CD169+ Makrophagen in Milz und Lymphknoten Typ-I-Interferon (IFN-I) produzieren. IFN-I agierte antiviral, inhibierte somit die Virus-Replikation in verschiedenen peripheren Organen und stimulierte die Expression von program death ligand 1 (PD-L1) in der Leber. PD-L1 ist ein Ligand für PD1, das auf aktivierten CD8+ T-Zellen exprimiert wird. Die Signale über die PD-L1/PD1-Achse induzieren die Erschöpfung von CD8+ T-Zellen. In Abwesenheit von CD169+ Makrophagen war die IFN-I-Produktion und PD-L1-Expression stark reduziert. Die führte zu einer überwältigenden Virus-Replikation bei fehlender CD8+ T-Zell-Erschöpfung, was in schwerer Immunpathologie und dem Tod der Mäuse endete. Diese Arbeit zeigt klar die Rolle von CD169+ Makrophagen bei der funktionalen Regulierung der CD8+ T-Zellen auf. In einer zweiten Studie beschrieben wir den Einfluss Virus-spezifischer Antikörper oder Virus-spezifischer CD8+ T-Zellen auf die CD169+ Makrophagen der Milz während einer systemischen Zweit-Infektion mit LCMV. Wir berichteten, dass die Anwesenheit von LCMV-spezifischen Antikörpern die intrazelluläre Virus-Replikation in den CD169+ Makrophagen der Marginalzone der Milz zulässt, aber die Virus-Replikation in peripheren Organen unterdrückt. Während einer persistenten Infektion mit LCMV-Docile war die Replikation in den CD169+ Makrophagen der Milz bei Anwesenheit Virus-spezifischer Antikörper essentiell für die Vorbereitung der CD8+ T-Zellen, was zur Beseitung des Virus führte. Parallel zu spezifischen Antikörpern inhibierten CD8+ T-Gedächtnis-Zellen die Virus-Replikation in CD169+ Makrophagen und die systemische IFN-I-Produktion und schafften es nicht eine effective CD8+ T-Zell-Antwort aufzubauen, was in der Persistenz des Virus resultierte. Diese Untersuchung erklärt die Mechanismen der Immun-Aktivierung und des Immun-Schutzes bei Anwesenheit von Virus-spezifischen Antikörpern bei viralen Zweit-Infektionen. Insgesamt kann man aus diesen beiden Studien schlussfolgern, dass CD169+ Makrophagen signifikante Rollen für die Induzierung einer starken antiviralen angeborenen und adaptiven Immunantwort bei viralen Erst- und Zweit-Infektionen einnehmen. Diseases caused by viral infections are major concerns for human being. Viruses like human immunodeficiency virus (HIV), hepatitis B virus (HBV) and hepatitis C virus (HCV) that induce chronic infection, is always a risk for human life. Understanding the mechanisms how immune system combat against viral infection can help to develop better vaccines or treatment therapies to prevent from lethal viral infections. Here in this study, we analyzed the roles of CD169+ macrophages present in splenic marginal zone on adaptive immunity. Initial virus replication in splenic CD169+ macrophages during systemic infection of vesicular stomatitis virus (VSV) was described earlier which activate innate and adaptive immune system. Here using Lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) in mouse model, we found that CD169+ macrophages in spleen and lymph node produce type I interferon (IFN-I). IFN-I acts as antiviral and inhibited virus replication in different peripheral organs, and stimulated program death ligand 1 (PD-L1) expression in liver. PD-L1 is a ligand for PD-1 expressed on activated CD8+ T cells, and PD-L1/PD-1 axis signaling induces CD8+ T cell exhaustion. In absence of CD169+ macrophages, IFN-I production was impaired and PD-L1 expression was highly reduced. This led to overwhelming virus replication in absence of CD8+ T cells exhaustion that resulted in severe immunopathology and death of mice. This study clearly shows the role of CD169+ macrophages in regulating the functions of CD8+ T cells. In another study, we described the influence of virus-specific antibodies or virus-specific memory CD8+ T cells on splenic CD169+ macrophages during systemic recall infection of LCMV. We reported that the presence of LCMV-specific antibodies permit intracellular viral replication in CD169+ macrophages of splenic marginal zone but suppressed viral replication in peripheral organs. During persistent infection with the LCMV-Docile, viral replication in CD169+ macrophages of spleen in presence of virus specific antibodies was found to be essential for priming of CD8+ T cells that led to viral clearance. In parallel to specific antibodies, memory CD8+ T cells inhibited viral replication in CD169+ macrophages and systemic IFN-I production, and failed to mount effective CD8+ T cell response that resulted in viral persistence. This investigation explains the mechanism of immune activation and protection in presence of virus specific antibodies during secondary viral infection. Over all from these two studies we can conclude that CD169+ macrophages play significant roles for inducing strong antiviral innate and adaptive immunity during primary and secondary viral infection. Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2017

Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2016 Graft versus host disease (GvHD) tritt in 40% der Fälle bei Patienten nach MHC I abgeglichener Knochenmarktransplantation (KMT) auf. Mechanismen, die diese Krankheit verursachen, sind noch zu untersuchen. In dieser Arbeit verwendeten wir eine transgene CD8+ T Zell Mauslinie (P14/CD 45.1+) und eine transgene DEE Mauslinie, die ubiquitär mit dem Fremdantigen (LCMV-Glykoprotein) versehen ist, um Toleranzmechanismen aus Spender abgeleiteten host-spezifischen CD8+ T Zellen nach KMT zu untersuchen. Wir stellten fest, dass host-reaktive CD8+ T Zellen im Thymus nicht negativ selektiert wurden und sich ähnlich in den Empfängermäusen entwickelten wie die nicht host-spezifischen CD8+ T Zellkontrollen. Host-spezifische CD8+ T Zellen ignorierten das ubiquitär exprimierte Antigen auf den Empfänger-Zellen, konnten jedoch ex vivo durch eine LCMV (Lymphozytäre Choriomeningitis Virus)-Infektion aktiviert werden. Lipopolysaccharide (LPS) induzierten einen transienten Zellschaden in den transgenen DEE-Empfängermäusen mit host-spezifischen CD8+ T Zellen, was vermuten ließ, dass die Einführung einer inflammatorischen Immunantwort die Ignoranz unterbrach. Schlussfolgernd konnten wir feststellen, dass host-spezifische CD8+ T Zellen das Antigen im Empfänger nach KMT ignorierten und dass sie nur eliminiert wurden, wenn das Host-Antigen im hämatopoetischen System vorhanden war. Darüber hinaus trug eine LPS-induzierte Immunaktivierung u.a. dazu bei, eine Alloreaktivität von host-spezifischen CD8+ T Zellen nach KMT zu induzieren. Unerwartete Übertragungen von viralen Keimen nach solider Organtransplantation (SOT) kann beim Empfänger eine schwere, lebensgefährliche Erkrankung auslösen. Eine Immunaktivierung trägt dann zum Krankheitsausbruch bei; Mechanismen, die jedoch eine Immunantwort gegen transplantatvermittelte übertragbare Virus Infektionen beeinflussen, sind noch unbekannt. In diesem Modell haben wir herausgefunden, dass bei Verwendung des LCMV eine Transplantation von LCMV-infizierten Herzen zu einer zellulären Erschöpfung von virus-spezifischen CD8+ T Zellen, Virus Persistenz in den Empfängerorganen sowie Überleben des Transplantorgans und –Empfängers führten. Die genetische Depletion des Interleukin-10 (IL-10) resultierte in einer starken Immunaktivierung, Transplantatdysfunktion und Tod der Empfängermäuse, was vermuten ließ, dass IL-10 ein wichtiger Regler für CD8+ T Zell Erschöpfung während SOT darstellte. In Anwesenheit von Memory-CD8+ T Zellen konnte das Virus kontrolliert werden; es kam jedoch aufgrund der vorhandenen antiviralen Immunantwort zu einer Abstoßung des transplantierten Herzens. Schlussfolgernd stellten wir fest, dass durch SOT übertragbare Virusinfektionen nicht durch naive Empfängermäuse aufgrund der IL-10 vermittelten CD8+ T Zell Erschöpfung kontrolliert werden konnten, wodurch Immunpathologie und Transplantatversagen vermieden werden konnte, während infizierte Memorymausempfänger im Stande waren, dass transplantatvermittelte Virus zu kontrollieren und dadurch eine Transplantatabstoßung zu induzieren. Graft versus host disease (GvHD) occurs in 40% of cases with patients having a MHC I matched bone marrow transplantation (BMT). Mechanisms causing this disease remain to be studied. Here we used a CD8+ T cell transgenic mouse strain (P14/CD45.1+) and DEE mice bearing the foreign antigen (LCMV-GP33-41) to study mechanisms of tolerance in donor derived host specific CD8+ T cells after BMT. We found that host reactive CD8+ T cells were not negatively selected in the thymus and developed comparably to host non-specific CD8+ T cells. Host specific CD8+ T cells ignored the antigen expressed ubiquitously by host cells but they could be activated ex vivo via LCMV (lymphocytic choriomeningitis virus)-infection. Lipopolysaccharides (LPS) induced transient cell damage in DEE mice bearing host specific CD8+ T cells, suggesting that induction of host inflammatory response could break this ignorance. In conclusion, we found that after BMT host specific CD8+ T cells ignore antigen in recipients and that they are only deleted when host antigen is present in the hematopoietic system. Moreover, LPS-induced immune activation contributes to induction of alloreactivity of host specific CD8+ T cells after BMT. Unexpected transmissions of viral pathogens during solid organ transplantation (SOT) can result in severe, life-threatening diseases in transplant recipients. Immune activation contributes to disease onset; however mechanisms balancing the immune response against transmitted virus infection through organ transplantation remain unknown. Here, we found, using LCMV, that transplantation of LCMV infected hearts led to exhaustion of virus specific CD8+ T cells, viral persistence in organs and survival of graft and recipient. Genetic depletion of IL-10 resulted in a strong immune activation, graft dysfunction and death of mice, suggesting that IL-10 was a major regulator of CD8+ T cell exhaustion during SOT. In the presence of memory CD8+ T cells, virus could be controlled; however sufficient antiviral immune response resulted in rejection of transplanted heart. In conclusion, we found that virus transmitted by SOT cannot be controlled by naive recipients due to IL-10 mediated CD8+ T cell exhaustion which thereby prevented immunopathology and graft failure whereas memory mice recipients were able to control the virus and induced graft failure.

OA Förderung 2015 We have previously shown that Toll-like receptor (TLR) agonists contribute to the control of viral infection by augmenting virus-specific CD8+ T-cell responses. It is also well established that signaling by TLRs results in the production of pro-inflammatory cytokines such as interleukin 6 (IL-6). However, how these pro-inflammatory cytokines influence the virus-specific CD8+ T-cell response during the TLR agonist stimulation remained largely unknown. Here, we investigated the role of TLR-induced IL-6 in shaping virus-specific CD8+ T-cell responses in the Friend retrovirus (FV) mouse model. We show that the TLR agonist induced IL-6 counter-regulates effector CD8+ T-cell responses. IL-6 potently inhibited activation and cytokine production of CD8+ T cells in vitro. This effect was mediated by a direct stimulation of CD8+ T cells by IL-6, which induced upregulation of STAT3 phosphorylation and SOCS3 and downregulated STAT4 phosphorylation and T-bet. Moreover, combining TLR stimulation and IL-6 blockade during an acute FV infection resulted in enhanced virus-specific CD8+ T-cell immunity and better control of viral replication. These results have implications for our understanding of the role of TLR induced pro-inflammatory cytokines in regulating effector T cell responses and for the development of therapeutic strategies to overcome T cell dysfunction in chronic viral infections.

Humane regulatorische T-Zellen (TREGS) stehen im Fokus immunologischer Forschung, da ihre klinische Anwendung ein großes Potential für die Prävention und Remission von Autoimmunerkrankungen und für die Prävention von Abstoßungsreaktionen bei allogenen Transplantationen aufweist. Informationen ob numerische und/oder funktionelle Verluste von nTREGS zur Autoimmunität führen sind derzeit noch widersprüchlich. Direkte Vergleiche von gesunden Probanden und Patienten mit Autoimmunerkrankungen dokumentieren, dass in der Gruppe der Patienten häufiger Defizite der TREGS vorliegen. Diese werden eher in der suppressiven Aktivität als in der Anzahl der TREGS gesehen. Allerdings liegt bei einem hohen Anteil der Patienten die Anzahl und Funktion der TREGS in einem gleichen, großen Schwankungsbereich, der auch bei den gesunden Probanden gemessen wird. Insgesamt weisen die Literaturbefunde darauf hin, dass sowohl die Gruppe der TREGS als auch die der Effektor T-Zellen (TEFFS) heterogen ist. Ziel meiner Arbeit war daher die phänotypische und funktionelle Heterogenität der TREG- als auch TEFF-Zellpopulationen zu untersuchen. Meine Arbeit zeigt, dass die suppressive Aktivität der TREGS von der verwendeten TEFF-Zellpopulation abhängig ist. Im Suppressions-Test wurden CD4+CD25low TEFFS im Vergleich zu CD4+CD25- TEFFS kaum supprimiert. Eine variable Anzahl von CD4+CD25low TEFFS reduziert entscheidend die suppressive Kapazität der TREGS. Es konnte eindrücklich gezeigt werden, dass die Supprimierbarkeit der TEFF-Zellen von ihrem Aktivierungsstatus abhängig ist. Werden CD4+CD25- TEFFS in aktivierte CD45RA- und naive CD45RA+ TEFFS getrennt, so wird ersichtlich, dass sich naive CD45RA+ TEFFS deutlich besser supprimieren lassen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die phänotypische Charakterisierung von TREGS über CD4+CD25high, CD127-/low und CD49d- eine ausgezeichnete Methode ist, um TREGS mit hoher suppressiver Kapazität zu isolieren. Die funktionelle Analyse zeigte, dass die suppressive Kapazität von CD4+CD25highCD127-/lowCD49d- im Vergleich zu TREGS, die den Marker CD49d exprimieren, signifikant höher war. Die funktionelle Kapazität von CD4+CD25highCD127-/lowCD49d- TREGS gegenüber CD4+CD25-CD127+ war innerhalb einer Gruppe gesunder Spender sehr heterogen. Wurden jedoch CD4+CD25highCD127-/lowCD49d- TREGS gegenüber naiven CD45RA+ TEFFS getestet, so lag die suppressive Aktivität der TREGS aller Spender in einem sehr geringen Schwankungsbereich. Meine Arbeit zeigt, dass zur Beurteilung funktioneller Defizite von TREGS eine standardisierte TEFF-Zellpopulation notwendig ist. Weiterhin zeigt sie, dass bei standardisierten Zellen (CD4+CD25-CD127+CD45RA+) CD49d- TREGS eine höhere suppressive Kapazität aufweisen als CD49d+ TREGS.

The innate immune response mediated by cells such as natural killer (NK) cells is critical for the rapid containment of virus replication and spread during acute infection. Here, we show that subtype 11 of the type I interferon (IFN) family greatly potentiates the antiviral activity of NK cells during retroviral infection. Treatment of mice with IFN-α11 during Friend retrovirus infection (FV) significantly reduced viral loads and resulted in long-term protection from virus-induced leukemia. The effect of IFN-α11 on NK cells was direct and signaled through the type I IFN receptor. Furthermore, IFN-α11-mediated activation of NK cells enabled cytolytic killing of FV-infected target cells via the exocytosis pathway. Depletion and adoptive transfer experiments illustrated that NK cells played a major role in successful IFN-α11 therapy. Additional experiments with Mouse Cytomegalovirus infections demonstrated that the therapeutic effect of IFN-α11 is not restricted to retroviruses. The type I IFN subtypes 2 and 5, which bind the same receptor as IFN-α11, did not elicit similar antiviral effects. These results demonstrate a unique and subtype-specific activation of NK cells by IFN-α11., Author Summary The innate immune response mediated by cells such as natural killer (NK) cells can contribute to immunity against viral infections. NK cells can kill virus-infected cells and thus inhibit virus replication and spread during acute infection. However, in infections with retroviruses, like HIV, these cells are not sufficient to prevent pathology. Here, we describe a new strategy to augment natural killer cell responses during virus infections by using a subtype of the type I interferon family as antiviral drug. This therapy strongly activated NK cells and enabled them to control retrovirus as well as herpes virus infections in mice. The new approach might have great potential for the treatment of many infectious and tumor diseases in which natural killer cells play a significant role in immunity.

Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2008 Der Nachweis und die Charakterisierung von direkt im allogenen Nierentransplantat abgelagerten Antikörpern sind für die Abstoßungsdiagnostik von großer Bedeutung. Dazu wurden in der vorliegenden Arbeit aus 103 explantierten Nierenorganen, Proben durch Säure-Elution gewonnen und diese Eluate mittels Lymphozytotoxizitätstest (LCT) und ELISA auf die Präsenz von HLA-Antikörpern untersucht. Anschließend erfolgte eine Korrelation der Ergebnisse mit dem Transplantatüberleben der explantierten Nierenorgane. Im Rahmen dieser Arbeit konnten in ca. der Hälfte der Fälle HLA Klasse I und/oder Klasse II Antikörper, einschließlich nicht zytotoxischer HLA-Antikörper und vermutlich auch zytotoxische non HLA-Antikörper aus irreversibel abgestoßenen Nierenorganen isoliert werden. Solche Antikörper wurden sowohl bei akut als auch bei chronisch abgestoßenen Nierenorganen identifiziert. Die Ergebnisse der beiden unterschiedlichen Testverfahren, LCT und ELISA, waren bezüglich der Panelreaktivitäten für HLA-Klasse I Antikörper gut korrelierbar, wohingegen die HLA-Spezifizierung der Antikörper Unterschiede zwischen den Methoden aufzeigte. Die ELISA Untersuchungen zeigten, dass in 46% der positiven Eluate die Antikörper gegen beide HLA-Antigenklassen gerichtet waren, wohingegen in 31% bzw. 23% der positiven Eluate ausschließlich HLA-Klasse I bzw. Klasse II Antikörper gefunden wurden. Der Anteil an donorspezifischen Antikörpern lag für HLA-Klasse I mit 50% der positiven Eluate deutlich höher als für HLA-Klasse II Antikörper (11%). Donorspezifische Antikörper waren häufiger im Eluat als im Serum der Empfänger nachweisbar. Die Präsenz von HLA-Klasse I und/oder Klasse II Antikörpern (mit oder ohne Donorspezifität) in abgestoßenen Nierenorganen war jedoch nicht mit einem reduzierten Transplantatüberleben assoziiert. In 7 der 103 Eluate konnten nicht zytotoxische HLA-Antikörper nachgewiesen werden. Die Präsenz von nicht zytotoxischen Antikörpern in den Niereneluaten war mit einem verlängerten Transplantatüberleben korreliert. Offenbar sind nicht zytotoxische Antikörper bei der chronischen Abstoßungsreaktion beteiligt. Der Einsatz eines Verfahrens zum Nachweis nicht Komplement-bindender Antikörper erscheint in der Transplantationsdiagnostik sinnvoll.

Wenn bei eineiigen Zwillingen die Wahrscheinlichkeit sehr viel höher als bei zweieiigen Zwillingen ist, dass sie von der gleichen Autoimmunerkrankung betroffen sind, dann kann hierfür neben nicht-genetischen Faktoren auch genetische Faktoren verantwortlich sein.

In der Gebärmutter sorgen natürliche Killer-Zellen (NK-Zellen) für ein keimarmes Milieu. Nistet sich der Embryo in die Gebärmutter ein, würde auch er von NK-Zellen angegriffen werden. Zu seinem Schutz bildet er auf jeder seiner Zellen eine Oberflächenstruktur aus, das so genanntes HLA-G (Humanes Leukozyten Antigen). Weil das HLA-G zu den Erkennungsstrukturen auf NK-Zellen wie der Schlüssel ins Schloss passt, wird der Angriff abgewehrt.