Claudia Stühler

• Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is often the only effective treatment for patients with hematological malignancies, but its curative potential is often limited by the development of acute or chronic graft-versus-host disease (GvHD). Although extensive immunosuppressive therapy is highly efficient in the prevention or treatment of GvHD, it greatly increases the risk for life-threatening opportunistic fungal or viral infections and the recurrence of malignant disease. The possibility to selectively deplete alloreactive TAllogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is often the only effective treatment for patients with hematological malignancies, but its curative potential is often limited by the development of acute or chronic graft-versus-host disease (GvHD). Although extensive immunosuppressive therapy is highly efficient in the prevention or treatment of GvHD, it greatly increases the risk for life-threatening opportunistic fungal or viral infections and the recurrence of malignant disease. The possibility to selectively deplete alloreactive T cells from donor grafts prior or after transplantation would greatly diminish the need for immunosuppressive therapy in the transplant recipient and thereby greatly improve its clinical outcome. The molecular chaperone heat shock protein of 90 kDa (Hsp90) has been previously shown to stabilize many signal transduction proteins involved in T lymphocyte activation and proliferation and is furthermore able to exert anti-apoptotic effects in different cell types. The aim of this study was therefore to investigate the possibility to selectively target activated, proliferating T cells in lymphocyte populations by inhibition of Hsp90, without compromising viability and function of non-reactive T cell populations including pathogen-specific T lymphocytes. It could be shown in this work, that activated T cells are indeed more prone to apoptotic cell death in the presence of Hsp90 inhibitors than resting cells and that treatment of mixed lymphocyte cultures with such inhibitors eliminates the proliferation of alloreactive cells. In contrast, T cells remaining in a resting state during inhibitor treatment remain viable and also display functional virus-specific responses after inhibitor removal. These data suggest, that Hsp90 could represent a novel target for selective depletion of alloreactive T cells and that application of Hsp90 inhibitors could be a potential approach to prevent or treat GvHD without impairing pathogen-specific T cell immunity. In the second part of this work, the immune responses to strictly defined antigens of the opportunistic pathogenic fungus Aspergillus fumigatus were characterized. Opportunistic fungal infections are highly prevalent in immunocompromized and immunosuppressed individuals, especially in HSCT recipients suffering from GvDH. Although antifungal treatment is permanently improved, invasive fungal infections are still often fatal. In healthy individuals clinical disease is rare, because innate and adaptive immunity act in conjunction to protect the host. Therefore one possible strategy to prevent and treat life-threatening fungal infections in immunocompromized patients is to improve host resistance by augmenting the antifungal functions of the immune system, for example by vaccination or adoptive transfer of antigen-specific T cells. Based on previous findings, the objective of this dissertation was to identify and characterize distinct immunogenic A. fumigatus antigens that could be used for clinical application like vaccination or ex vivo generation of antigen-specific T cells and to characterize the interaction of this antigen-specific lymphocytes with cells of the innate immune system. First, memory T cell responses to different recombinant A. fumigatus proteins in healthy individuals were evaluated. The majority of tested donors displayed stable CD4+ TH1 responses to the Crf1 protein, whereas responses to the other antigens tested could only be detected in a limited number of donors, qualifying Crf1 as potential candidate antigen for clinical use. It was also possible to identify an immunodominant MHC class II DRB1*04-restricted epitope of Crf1 and to generate T cell clones specific for this epitope. This Crf1-specific T cell clones could be specifically activated by dendritic cells fed with synthetic peptide, recombinant protein or germinating A. fumigatus conidia or outgrown hyphae. Interestingly, these A. fumigatus-specific T cell clones also responded to stimulation with Candida albicans, which likewise causes opportunistic infections in immunocompromized patients and encodes for a glucosyltransferase similar to A. fumigatus Crf1. It was also possible to show that supernatant harvested from activated Crf1-specific T cell cultures was able to significantly increase fungal killing by monocytes. These data indicate that the specified FHT epitope of the A. fumigatus protein Crf1 could be potentially used as antigen for vaccination protocols or for the generation of Aspergillus-specific effector T cells for adoptive transfer.…
• Allogene, hämatopoietische Stammzelltransplantation ist häufig die einzige, effektive Behandlungsmethode für Patienten mit hämatologischen Erkrankungen, aber deren Erfolg ist häufig durch das Auftreten einer „Graft-versus-Host“-Erkrankung (GvHD) gefährdet. Obwohl durch eine weitreichende, immunsuppressive Therapie eine GvHD erfolgreich verhindert oder behandelt werden kann, erhöht diese jedoch beträchtlich das Risiko für das Auftreten lebensbedrohender opportunistischer Virus- und Pilz- Infektionen und das Wiederauftreten der malignenAllogene, hämatopoietische Stammzelltransplantation ist häufig die einzige, effektive Behandlungsmethode für Patienten mit hämatologischen Erkrankungen, aber deren Erfolg ist häufig durch das Auftreten einer „Graft-versus-Host“-Erkrankung (GvHD) gefährdet. Obwohl durch eine weitreichende, immunsuppressive Therapie eine GvHD erfolgreich verhindert oder behandelt werden kann, erhöht diese jedoch beträchtlich das Risiko für das Auftreten lebensbedrohender opportunistischer Virus- und Pilz- Infektionen und das Wiederauftreten der malignen Erkrankung. Die Möglichkeit der selektiven Depletion alloreaktiver T-Zellen eines Transplantates bevor oder nach der Transplantation würde die Notwendigkeit immunsuppressiver Therapien des Empfängers deutlich reduzieren und dadurch den Behandlungserfolg enorm verbessern. Für das molekulare Chaperon-Protein „Hitzeschock-Protein von 90 kDa“ (Hsp90) konnte bereits zuvor gezeigt werden, dass es viele Signal-Transduktions-Proteine, die an der Aktivierung von T-Lymphozyten beteiligt sind stabilisiert und außerdem in verschiedenen Zelltypen einen anti-apoptotischen Effekt auszuüben scheint. Deshalb war es das Ziel dieser Untersuchung festzustellen, ob es möglich ist, durch Inhibition von Hsp90 spezifisch nur die aktivierten, proliferierenden T-Zellen in einer Lymphozyten-Population zu erreichen, ohne dabei die Viabilität und Funktionalität der nicht-reaktiven T-Zell-Population, einschließlich Pathogen-spezifischen TLymphozyten, zu beeinträchtigen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass unter dem Einfluss von Hsp90-Inhibitoren in aktivierten T-Zellen tatsächlich eher Apoptose induziert wird, als in ruhenden Zellen und dass die Behandlung von gemischten Lymphozyten-Kulturen mit diesen Inhibitoren die Proliferation von alloreaktiven Zellen verhindert. Im Gegensatz dazu bleiben TZellen, die zum Zeitpunkt der Inhibitor-Behandlung in einem ruhenden Zustand waren überlebensfähig und zeigen zudem nach Entfernung des Inhibitors immer noch Virusspezifische Immunantworten. Wie diese Daten zeigen, könnte Hsp90 ein neues Angriffsziel für die selektive Depletion von alloreaktiven T-Zellen sein und Hsp90- Inhibitoren deshalb möglicherweise für die Vorbeugung oder Behandlung von GvHD eingesetzt werden, ohne dabei die pathogen-spezifische Immunität zu beeinträchtigen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden die Immunantworten auf definierte Antigene das opportunistisch pathogenen Pilzes Aspergillus fumigatus charakterisiert. Opportunistische Pilzinfektionen sind eine häufige Begleiterscheinung bei Personen mit beeinträchtigtem Immunsystem und immunsupprimierten Patienten, vor allem bei Patienten die sich einer allogenen Stammzell-Transplantation unterziehen müssen und unter einer GvHD leiden. Trotz ständiger Verbesserung der Behandlungsmöglichkeiten, verlaufen invasive Pilzinfektionen häufig immer noch tödlich. Gesunde Menschen erkranken nur äußerst selten symptomatisch, da sowohl die angeborene als auch die erworbene Immunabwehr dazu beitragen, eine akute Infektion effektiv zu verhindern. Eine Möglichkeit, lebensbedrohliche Pilzinfektionen bei immunsupprimierten Patienten zu verhindern könnte deshalb die Stärkung der Immunabwehr durch Verbesserung der Funktionen des Immunsystems sein, beispielsweise durch Vakzinierung oder den adoptiven Transfer antigenspezifischer TZellen. Ziel dieser Arbeit war, aufbauend auf früheren Forschungsergebnissen, die Identifikation und Charakterisierung definierter immunogener A. fumigatus Antigene, die für die klinische Anwendung als Impfstoff oder für die ex vivo Generierung antigenspezifischer T-Zellen Verwendung finden könnten. Außerdem sollte die Interaktion dieser antigenspezifischen T-Lymphozyten mit den Zellen des angeborenen Immunsystems untersucht werden. Zunächst wurden hierfür die T-Zell-Antworten gesunder Spender auf verschiedene rekombinante A. fumigatus-Proteine untersucht. Die große Mehrheit der getesteten Spender reagierte auf das Protein Crf1 mit einer stabilen TH1 Antwort, während die übrigen getesteten Proteine nur in vereinzelten Spendern eine signifikante T-Zell- Antwort auslösten. Die offensichtlich weite Verbreitung von Crf1-spezifischen Gedächtnis-Zellen in der Bevölkerung lässt dieses Antigen als gut geeignet für potenzielle klinische Anwendungen erscheinen. Des weiteren wurde ein immundominantes Epitop von Crf1 identifiziert, das durch das relativ weit verbreite MHC Klasse II DRB1*04-Allel präsentiert wird. T-Zell-Klone, die spezifisch dieses Antigen erkennen, konnten mit dendritischen Zellen, die zuvor mit synthetischem Peptid, rekombinantem Protein oder ausgekeimten A. fumigatus Conidien oder Hyphen inkubiert worden waren aktiviert werden. Interessanterweise reagierten diese A. fumigatus-spezifischen T-Zell-Klone auch auf Stimulation mit Candida albicans, das ebenfalls opportunistische Infektionen in immunsupprimierten Patienten auslöst und für eine ähnliche Glucosyl-Transferase wie Crf1 in A. fumigatus codiert. Die Kultur-Überstände von aktivierten Crf1-spezifischen TZell- Klonen waren außerdem in der Lage, das Abtöten des Pilzes durch Monozyten deutlich zu verbessern. Diese Daten deuten darauf hin, dass das hier beschriebene FHT-Epitop des A. fumigatus Proteins Crf1 potenziell als Antigen für die Vakzinierung oder die Generierung von Aspergillus-spezifischen Effektor-T-Zellen für den adoptiven Transfer geeignet sein könnte.…