Die Rolle von Fcγ-Rezeptoren bei der humoralen Immunantwort gegen das Cytomegalovirus
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Abstract
The infection with the human cytomegalovirus (HCMV) is distributed worldwide and is usually asymptomatic in immunocompetent individuals. In immunosuppressed individuals or congenitally infected newborns HCMV can cause serious, even life-threatening disease. The adaptive immune system plays a major role for the control of HCMV infection in healthy persons and is therefore an important target for the treatment of HCMV disease. Current therapy with polyclonal immunoglobulin preparations is only partially successful. Informations about the specificity of protective antibodies as well as the potential mode of action are lacking. Using a MCMV (murine cytomegalovirus) infection model, which represents the established animal model system for HCMV, antibody specificities against viral glycoproteins were analyzed. Using a screening procedure based on recombinant expression of 39 MCMV glycoproteins, 15 antigens were identified which induced antibodies during infection. In vivo therapy studies with MCMV-infected mice showed a more potent protective effect by serum antibodies derived from MCMV-infected animals compared to animals that were immunized with replication incompetent virus particles. Thus, non-neutralizing antibodies directed against non-structural glycoproteins, expressed on the surface of infected cells, could contribute to the protective potential of serum antibodies via IgG-Fc mediated effector functions, such as antibody mediated cytotoxicity (ADCC). To investigate the role of Fc-mediated effector functions we generated transgenic mice by crossbreeding Fcγ receptor deficient animals on the Rag1-/- background. Serum transfer experiments in Fcγ receptor deficient Rag1-/- mice demonstrated an essential role of the activating Fcγ receptors (FcγRI, FcγRIII, FcγRIV) in antibody-mediated protection. The protection was not resting on a single Fcγ receptor. Combined deletion of more than one Fcγ receptor was required to demonstrate a negative effect on antibody protection, presumably as a result of redundancy in the Fcγ receptor system. Fcγ receptors are differentially expressed on different cell types, and have a different affinity for each of the IgG subtypes. Thus, the Fcγ receptor system is highly complex. Furthermore, it was investigated which cells contribute to the antibody-mediated control of a MCMV infection. Natural killer cells, which are known to have an important function in ADCC, were not necessary for the antibody-mediated protection. However, passively transferred monocytes had the potential to reduce the viral load in MCMV infected mice in the presence of polyclonal antibodies. In summary, these results demonstrate that besides direct neutralization of viruses the Fcγ receptor system has a vital role in the protection from MCMV infection by antibodies.
Abstract
Die Infektion mit dem Humanen Cytomegalovirus (HCMV) ist weltweit verbreitet und verläuft in immunkompetenten Individuen in der Regel asymptomatisch. In immunsupprimierten Personen oder kongenital infizierten Neugeborenen kann HCMV einen schweren bis lebensbedrohlichen Krankheitsverlauf hervorrufen. Das adaptive Immunsystem spielt bei gesunden Personen für die Kontrolle einer HCMV-Infektion eine tragende Rolle und ist somit ein wichtiger Ansatzpunkt zur Behandlung einer HCMV-Erkrankung. Die derzeitige Therapie mit polyklonalen Immunglobulinpräparaten führt nur zu Teilerfolgen. Bisher gibt es keine Informationen über die Spezifitäten der protektiven Antikörper sowie über deren möglichen Wirkmechanismus. Mit Hilfe eines Infektionsmodells mit dem Murinen Cytomegalovirus (MCMV), das als etabliertes Modellsystem für HCMV gilt, wurden in dieser Arbeit die Antikörperspezifitäten gegen virale Glykoproteine untersucht. Mittels eines Screening-Verfahrens, das auf der rekombinanten Expression von 39 MCMV-Glykoproteinen basierte, wurden 15 Antigene identifiziert, die während einer MCMV-Infektion Antikörper induzierten. In vivo-Therapieversuche mit MCMV-infizierten Mäusen zeigten, dass die Serumantikörper aus MCMV-infizierten Tieren ein größeres Protektionspotential aufwiesen als die Antikörper aus Tieren, die mit replikationsunfähigen Viruspartikeln immunisiert wurden. Folglich könnten nicht-neutralisierende Antikörper, die gegen nicht-strukturelle Glykoproteine auf der Oberfläche infizierter Zellen gerichtet sind, am Schutz beteiligt sein. Dabei könnte der Schutz auf IgG-Fc-vermittelten Effektormechanismen wie ADCC (Antikörper-abhängige zellvermittelte Zytotoxizität) beruhen. Zur Untersuchung der Rolle von Fcγ-Rezeptoren (FcγR) wurden zunächst genetisch FcγR-defiziente Mäuse auf Rag1-/--Hintergrund (Fcγ-/-) gekreuzt und gezüchtet. Serumtransferversuche in Fcγ-/--Mäusen bestätigten die essentielle Funktion der aktivierenden Fcγ-Rezeptoren (FcγRI, FcγRIII, FcγRIV) bei der Antikörper-vermittelten Protektion. Der Schutz war nicht einem einzelnen Fcγ-Rezeptor zuzuordnen. Die kombinierte Defizienz von zwei FcγR zeigte einen verminderten Schutzeffekt polyklonaler Mausseren und ließ damit einen redundanten Effekt der FcγR vermuten. FcγR werden auf unterschiedlichen Zellen exprimiert und weisen unterschiedliche Affinität zu den einzelnen IgG-Subtypen auf. Dadurch wird das Fcγ-Rezeptorsystem sehr komplex. Des Weiteren wurde untersucht, welche Zellen zur Kontrolle einer MCMV-Infektion durch Antikörper beitragen. Natürliche Killer- (NK-) Zellen waren für den Antikörper-vermittelten Schutz nicht essentiell, obwohl ihnen in der Literatur eine tragende Rolle bei ADCC zugesprochen wird. Dagegen besaßen adoptiv transferierte Monozyten das Potential, die Viruslast bei einer MCMV-Infektion mit Hilfe von polyklonalen Antikörpern zu senken. Zusammenfassend sprechen die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse dafür, dass neben der direkten Neutralisation von Viren das Fcγ-Rezeptorsystem eine wesentliche Funktion beim Antikörper-vermittelten Schutz während einer MCMV-Infektion besitzt.