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Modulation of allergen-specific T-cell responses using novel antigen-presenting platforms and transgenic regulatory T-cells
Klaus Schmetterer
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Winfried Pickl
DOI
10.25365/thesis.17394
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29560.91061.994662-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
T-Lymphozyten spielen eine wichtige Rolle in der Regulation von allergischen Immunantworten und tragen daher entscheidend sowohl zur Sofort-Typ Reaktion als auch zu den allergischen Spät-Phasen Reaktionen bei. Daher könnten Strategien, die darauf abzielen, die pathologische T Helfer 2 (Th2)- Antwort zu verändern von therapeutischem Wert für allergische Individuen sein. Dennoch fehlen bis heute Modell-Systeme für Allergen-spezifische T-Zell Antworten, die auf human-relevanten Allergenen und den dazugehörigen HLA Restriktionselementen und T-Zell Rezeptoren (TZR) basieren. Daher klonierten und charakterisierten wir solche relevanten Moleküle, die in Antigen-Präsentation und -Erkennung involviert sind (das sind die präsentierenden HLA-Moleküle und die dazu gehörigen TZR α and β Ketten) aus dem Blut von Beifusspollen und Birkenpollen Allergikern. Indem wir 293 Zellen mit den HLA Molekülen, den Allergenen und kostimulatorischen Molekülen transfezierten, und gleichzeitig durch retrovirale Transduktion von humanen T-Zellen mit dem dazugehörigen TZR allergen-spezifische T-Zellen herstellten, gelang es uns, die ‚Allergen-spezifische Synapse’ auf molekularer Ebene zu rekonstruieren. Dieses definierte in vitro Modellsystem erlaubte uns das Verhalten und die Plastizität von allergen-spezifischen T-Zellen nach Stimulation mit unterschiedlichen Konditionen zu untersuchen. Tatsächlich konnten wir zeigen, dass TZR transgene T-Zellen auf die Präsentation des korrekten Peptids und auf kostimulatorische Signale angewiesen waren, um ihre Effektor-Funktion initiieren zu können. In diesem System testeten wir zunächst, ob Virus-ähnlichen Partikeln (‚virus-like particles’; VLP), die wir in 293 Zellen produzierten und mit definierten Zusammensetzungen an HLA/Allergen Komplexen und accessorischen Molekülen ausstatteten, die Kapazität hatten, allergen-spezifische T-Zellen zu modulieren. In diesen Studien konnten wir beobachten, dass allergen-präsentierende VLP perfekt geeignet waren, die Rolle von antigen-präsentierenden Zellen zu übernehmen, und TZR transgene T-Zellen zu expandieren, zu anergisieren oder zu polarisieren, abhängig von der vordefinierten molekularen Ausstattung. Außerdem konnten VLP, die mit dem hochaffinen Interleukin-2 (IL-2) Rezeptor ausgestattet waren, dieses Zytokin in T-Zell Kulturen neutralisieren, womit sie eine wichtige Effektor-Funktion von regulatorischen T-Zellen (Treg) übernehmen konnten. In einem anderen Ansatz verfolgten wir die Hypothese, ob Transfer von Genen, die mit der Funktion von Treg assoziiert sind, uns erlauben würde, allergen-spezifische Treg zu generieren. Dafür verwendeten wir eine multicistronische Expressions Strategie, indem wir die α und β Kette eines Bet v 1 (Birkenpollen-Allergen)-spezifischen TZR über 2A Elemente mit Foxp3, dem Hauptregulator-Gen der Treg Funktion, verbanden. Diese Expressionskassette wurde gemeinsam mit einem IRES-GFP Element in einen retroviralen Expressionsvektor kloniert und in CD4+CD25- T-Zellen transduziert. Diese Foxp3/TZR transgenen T-Zellen zeigten das charakteristische phänotypische Profil von Treg und stark verminderte Proliferation nach allergen-spezifischer und polyklonaler Stimulation, und konnten Bet v 1-spezifische T-Zellen Aktivierungs-abhängig regulieren. Die Etablierung von solchen neuen T-Zell modulierenden Strategien basierend auf artifiziellen Antigen-präsentierenden Plattformen und regulatorischen T-Zellen könnte zur Entwicklung von neuen Therapien für die Behandlung von Allergien, aber auch von Autoimmunerkrankungen und Episoden von Transplantatabstossung, führen.
Abstract
(Englisch)
T-lymphocytes play a pivotal role in the orchestration of allergic immune responses and thus critically contribute to immediate phase reactions as well as late phase allergic reactions. Consequently, strategies to modulate the pathological T helper 2 (Th2)-biased response might be of therapeutic benefit for allergic individuals. However, until today model systems for allergic T-cell responses based on human-relevant allergens and the corresponding human restriction elements and T-cell receptors (TCR) are still missing. For that reason we cloned and functionally characterized such relevant molecules involved in antigen-presentation and recognition (i.e. the HLA restriction elements and the corresponding TCR alpha and beta chains) from mugwort pollen and birch pollen allergic individuals. By generation of artificial antigen-presenting ells (APC) based on transfection of 293 cells with the HLA molecules, allergenic peptides and costimulatory molecules in concert with retroviral transduction of human T-cells with corresponding TCR we succeeded in rebuilding the ‘allergen-specific synapse’. This defined in vitro model system allowed us to study signal requirements and plasticity of allergen-specific T-cells. In fact, we could show that TCR transgenic T-cells were strictly dependent on presentation of cognate peptide and costimulatory signals to mount their effector functions. Using this system we tested the capacity of 293 cell-derived virus-like particles (VLP) with distinct compositions of HLA/allergen complexes and accessory molecules to modulate allergen specific T-cell responses. In this context we could demonstrate that allergen-presenting VLP were perfectly suited to assume the role of antigen-presenting cells and to expand, anergize or polarize TCR transgenic T-cells depending on their pre-defined set-up. Similarly, decoration of VLP with the high affinity interleukin-2 receptor allowed for the depletion of IL-2 from T-cell cultures thus mimicking an important effector mechanism of regulatory T-cells (Treg). In a different approach we hypothesized that ectopic expression of transgenes associated with Treg function would enable us to develop also allergen-specific Treg. To that end we applied a multicistronic expression strategy, putting the α and β chains of a Bet v 1 (birch pollen allergen)-specific TCR plus Foxp3, the master regulator of Treg function, along with an IRES-GFP cassette under the control of a retroviral to transduce CD4+CD25- T-cells. These TCR/Foxp3 transgenic T-cells displayed the typical phenotypic profile of Treg, showed hyporesponsiveness in response to polyclonal and allergen-specific stimulation and were able to suppress the effector function of Bet v 1-specific T-cells in an activation-dependent manner. The establishment of such novel T-cell modulatory strategies based on artificial antigen-presenting platforms and regulatory T-cells could possibly lead to novel therapeutic applications in allergic diseases and other immune-mediated disorders.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
anergy allergy T-cell tolerance regulatory T-cells Foxp3 transgenic T-cells T-cell receptor
Schlagwörter
(Deutsch)
Anergie Allergie T-Zell Toleranz Regulatorische T-Zellen Foxp3 transgene T-Zellen T-Zell Rezeptor
Autor*innen
Klaus Schmetterer
Haupttitel (Englisch)
Modulation of allergen-specific T-cell responses using novel antigen-presenting platforms and transgenic regulatory T-cells
Paralleltitel (Deutsch)
Modulation von allergen-spezifischen T-Zell Antworten durch neue antigen-präsentierende Plattformen und transgene regulatorische T-Zellen
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
205 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Fatima Ferreira ,
Stephen Durham
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
44 Medizin > 44.45 Immunologie
AC Nummer
AC08941003
Utheses ID
15591
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |