Titel: The role of T cells expressing multiple co-inhibitory molecules during murine experimental malaria
Sonstige Titel: Die Rolle von Ko-Inhibitor-exprimierenden T Zellen während der murinen experimentellen Malaria
Sprache: Englisch
Autor*in: Brandi, Johannes
Schlagwörter: Malaria; T-Lymphozyt; Immun-Checkpoint; Cytotoxizität; Immunregulation; PD-1; LAG-3; Plasmodium berghei ANKA; CD8 T cell; Experimental malaria
Erscheinungsdatum: 2022
Tag der mündlichen Prüfung: 2022-11-17
Zusammenfassung: 
Malaria ist einer der tödlichsten Infektionskrankheiten weltweit und führt jährlich zu über einer halben Millionen Todesopfern. Die Krankheit wird durch einen Parasiten der Gattung Plasmodium verursacht, der über den Biss einer infizierten Anopheles Mücke übertragen wird. Der Parasit durchgeht die Leber und die Blutphase, wovon die letztere verantwortlich für den Großteil der Symptomatik ist. Die schwerste Komplikation ist die zerebrale Malaria, welche oft zum Tod führen kann. Der exakte Mechanismus der zerebralen Malaria im Menschen ist noch nicht bekannt, aber Daten deuten auf starke Ähnlichkeiten zum Mausmodell der zerebralen Malaria, der Infektion von C57BL/6 Mäusen mit Plasmodium berghei ANKA, hin, in dem CD8+ T Zellen als Hauptverursacher der zerebralen Malaria identifiziert wurden. T Zellen haben eine Reihe an Funktionen, und bestimmte T Zellen können durch Suppression der Proliferation anderer Immunzellen, unter anderem anderer T Zellen, die Immunantwort regulieren. Ein Mechanismus, um die Immunantwort zu regulieren, bzw. um T Zell Aktivität während einer anhaltenden Antigen-exposition zu supprimieren, ist die Expression mehrerer ko-inhibitorischer Moleküle wie PD-1 oder LAG-3 auf der T Zelle. Sobald die entsprechenden Liganden diese ko-Inhibitoren auf der T Zellen binden, werden inhibitorische Kaskaden innerhalb der T Zelle in die Wege geleitet, sodass sie in einen dysfunktionalen Zustand verfällt. Diesen Zustand nennt man T Zell exhaustion („T Zell Erschöpfung“). T Zell Erschöpfung kann ein schützender Mechanismus sein, der eine überwältigende Immunpathologie verhindert soll, jedoch kann der Mechanismus auch als ein Mittel zur Immune evasion („Immunflucht“) von Tumorzellen und virusinfizierten Zellen genutzt werden. Allerdings ist es inzwischen möglich, durch antikörper-vermittelte Blockade der ko-inhibitorischen Moleküle die Funktion der Zellen wieder herzustellen, was zu erheblichen Fortschritten in der Krebstherapie geführt hat. Interessanterweise wurde Expression von ko-inhibitorischen Molekülen auf T Zellen von Malaria Patienten entdeckt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle dieser T Zellen in experimenteller Malaria zu identifizieren. Zunächst konnte gezeigt werden, dass die Expression von ko-inhibitorischen Molekülen auf T Zellen durch die Blutphase, aber nicht durch die Leberphase induziert wird. Interessanterweise teilen sowohl CD4+ als auch CD8+ T Zellen, die mehrere ko-inhibitorische Moleküle exprimieren, bestimmte Eigenschaften mit einer Subpopulation der CD4+ T Zellen, den sogenannten Typ 1 regulatorischen T Zellen (Tr1 Zellen), welche sich durch die Ko-Expression von LAG-3 und CD49b auszeichnen. Sowohl CD4+ als auch CD8+ Zellen, die das Molekül LAG-3 exprimieren, sind in der Lage, die Proliferation anderer T Zellen zu supprimieren, was auf regulatorische Eigenschaften der Zellen hindeutet. Expression von CD49b, einem Schlüsselmarker zur bisherigen Identifikation von Tr1 Zellen, schien nicht relevant für die regulatorischen Eigenschaften der T Zellen zu sein, zumindest nicht in diesem akuten Model der Malaria. Passend zu diesen Ergebnissen produzieren LAG-3+ T Zellen mehr IL-10, einem anti-inflammatorischen Zytokin, als LAG-3-¬ Zellen aus der gleichen Maus. Darüber hinaus wurde ein ähnliches Expressionsmuster von ko-inhibitorischen Molekülen auf humanen T Zellen, isoliert aus dem Blut von Malaria Patienten, identifiziert, was auf ähnliche Funktionen dieser Zellen im Menschen hindeutet. Als nächstes wurde ein Durchflusszytometrie-basierter CD8+ T Zell Zytotoxizitäts-Assay entwickelt, um die CD8+ T Zell Effektor Funktion in vitro untersuchen zu können. Hierfür wurden OT-I Mäuse mit einem transgenen Plasmodium berghei ANKA (PbTG) Stamm infiziert, was uns erlaubte, die antigen-spezifische CD8+ T Zell Antwort in experimenteller Malaria zu untersuchen. Überraschenderweise hatten LAG-3+CD8+ T Zellen eine höhere zytotoxische Kapazität als LAG-3-¬ Zellen. Dies ist gegenteilig zum klassischen Kenntnisstand, nach dem die Expression von ko-inhibitorischen Molekülen mit einer T Zell-Dysfunktion assoziiert ist. Um dies weiter zu untersuchen wurde die Expression mehrerer ko-inhibitorischer Moleküle und den CD8+ Effektor-Molekülen Granzym B und Perforin untersucht. Expression der ko-inhibitorischen Moleküle LAG-3, PD-1, TIM-3, TIGIT, CTLA-4 und CD39 (einer Ektonukleotidase, deren Expression auch mit T Zell Erschöpfung assoziiert ist) korrelierte sowohl miteinander positiv, als auch mit der Expression der Effektor Moleküle Granzym B und Perforin. Dabei ähnelten sich die Korrelations- und Expressionsmuster in C57BL/6 und OT-I Mäusen. Daraufhin wurde die CD8+ T Zellen anhand ihrer Expression des ko-inhibitorischen Moleküls LAG-3 in verschiedene Gruppen unterteilt: „Keine“, „niedrige“ und „Hohe“ LAG-3 Expression. Die Zellen dieser Gruppen wurden anschließend mit dem Zytotoxizitätsassay getestet. Interessanterweise ist die erhöhte zytotoxische Kapazität der CD8+ T Zellen mit der Expression von ko-inhibitorischen Molekülen assoziiert. Diese Ergebnisse wurden mit der Messung von erhöhter IFN-γ Freisetzung durch ko-inhibitor-reiche Zellen bestätigt, einer Methode, die früher zur Messung der Zytotoxizität genutzt wurde. Das eine erhöhte Effektor Funktion mit erhöhter Expression von ko-inhibitorischen Molekülen korreliert ist im Kontrast zu vorherigen Ergebnissen, die allerdings auf Basis chronischer Krankheiten gewonnen wurden. Hier war Expression ko-inhibitorischer Moleküle mit einer verminderten T Zell Funktion assoziiert. Zusammengefasst konnte gezeigt werden, dass die CD4+ und CD8+ T Zellen, die während der akuten Malaria ko-inhibitorische Moleküle exprimieren, einen suppressiven Phänotyp erlangen. Darüber hinaus wurde bewiesen, dass die CD8+ T Zellen, die ko-inhibitorische Moleküle exprimieren, erhöhte zytotoxische Kapazitäten aufweisen, was auf sehr gegenseitige Eigenschaften im Kontext der Immunregulation hinweist. Analyse von Blutproben von Malaria Patienten zeigte, dass die T Zellen einen ähnlichen Phänotyp aufwiesen. Diese Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die Expression von ko-inhibitorischen Molekülen und auf die T Zell Regulation während einer akuten Infektion. Die Ergebnisse könnten zu neuen immunmodulierenden Therapieansätzen führen, die gezielt auf Zellen, die ko-inhibitorische Moleküle exprimieren, gerichtet sind.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/9961
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-105130
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Kehr, Julia
Jacobs, Thomas
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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