TY - JOUR A1 - Bumiller-Bini Hoch, Valéria A1 - Kohler, Ana Flávia A1 - Augusto, Danillo G. A1 - Lobo-Alves, Sara Cristina A1 - Malheiros, Danielle A1 - Cipolla, Gabriel Adelman A1 - Winter Boldt, Angelica Beate A1 - Braun-Prado, Karin A1 - Wittig, Michael A1 - Franke, Andre A1 - Pföhler, Claudia A1 - Worm, Margitta A1 - van Beek, Nina A1 - Goebeler, Matthias A1 - Sárdy, Miklós A1 - Ibrahim, Saleh A1 - Busch, Hauke A1 - Schmidt, Enno A1 - Hundt, Jennifer Elisabeth A1 - Araujo-Souza, Patrícia Savio de A1 - Petzl-Erler, Maria Luiza T1 - Genetic associations and differential mRNA expression levels of host genes suggest a viral trigger for endemic pemphigus foliaceus JF - Viruses N2 - The long search for the environmental trigger of the endemic pemphigus foliaceus (EPF, fogo selvagem) has not yet resulted in any tangible findings. Here, we searched for genetic associations and the differential expression of host genes involved in early viral infections and innate antiviral defense. Genetic variants could alter the structure, expression sites, or levels of the gene products, impacting their functions. By analyzing 3063 variants of 166 candidate genes in 227 EPF patients and 194 controls, we found 12 variants within 11 genes associated with differential susceptibility (p < 0.005) to EPF. The products of genes TRIM5, TPCN2, EIF4E, EIF4E3, NUP37, NUP50, NUP88, TPR, USP15, IRF8, and JAK1 are involved in different mechanisms of viral control, for example, the regulation of viral entry into the host cell or recognition of viral nucleic acids and proteins. Only two of nine variants were also associated in an independent German cohort of sporadic PF (75 patients, 150 controls), aligning with our hypothesis that antiviral host genes play a major role in EPF due to a specific virus–human interaction in the endemic region. Moreover, CCL5, P4HB, and APOBEC3G mRNA levels were increased (p < 0.001) in CD4+ T lymphocytes of EPF patients. Because there is limited or no evidence that these genes are involved in autoimmunity, their crucial role in antiviral responses and the associations that we observed support the hypothesis of a viral trigger for EPF, presumably a still unnoticed flavivirus. This work opens new frontiers in searching for the trigger of EPF, with the potential to advance translational research that aims for disease prevention and treatment. KW - endemic pemphigus foliaceus KW - virus KW - genetic association KW - differential gene expression KW - autoimmune disease KW - environmental factors Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-270572 SN - 1999-4915 VL - 14 IS - 5 ER - TY - THES A1 - Pahlavan, Pirasteh T1 - Integrated Systems Biology Analysis; Exemplified on Potyvirus and Geminivirus interaction with \(Nicotiana\) \(benthamiana\) T1 - Integrierte Systeme Biologie Analyse, Beispiel für Potyvirus und Geminivirus Interaktion mit \(Nicotiana\) \(benthamiana\) N2 - Viral infections induce a significant impact on various functional categories of biological processes in the host. The understanding of this complex modification of the infected host immune system requires a global and detailed overview on the infection process. Therefore it is essential to apply a powerful approach which identifies the involved components conferring the capacity to recognize and respond to specific pathogens, which in general are defeated in so-called compatible virus-plant infections. Comparative and integrated systems biology of plant-virus interaction progression may open a novel framework for a systemic picture on the modulation of plant immunity during different infections and understanding pathogenesis mechanisms. In this thesis these approaches were applied to study plant-virus infections during two main viral pathogens of cassava: Cassava brown streak virus and African cassava mosaic virus. Here, the infection process was reconstructed by a combination of omics data-based analyses and metabolic network modelling, to understand the major metabolic pathways and elements underlying viral infection responses in different time series, as well as the flux activity distribution to gain more insights into the metabolic flow and mechanism of regulation; this resulted in simultaneous investigations on a broad spectrum of changes in several levels including the gene expression, primary metabolites, and enzymatic flux associated with the characteristic disease development process induced in Nicotiana benthamiana plants due to infection with CBSV or ACMV. Firstly, the transcriptome dynamics of the infected plant was analysed by using mRNA-sequencing, in order to investigate the differential expression profile according the symptom developmental stage. The spreading pattern and different levels of biological functions of these genes were analysed associated with the infection stage and virus entity. A next step was the Real-Time expression modification of selected key pathway genes followed by their linear regression model. Subsequently, the functional loss of regulatory genes which trigger R-mediated resistance was observed. Substantial differences were observed between infected mutants/transgenic lines and wild-types and characterized in detail. In addition, we detected a massive localized accumulation of ROS and quantified the scavenging genes expression in the infected wild-type plants relative to mock infected controls. Moreover, we found coordinated regulated metabolites in response to viral infection measured by using LC-MS/MS and HPLC-UV-MS. This includes the profile of the phytohormones, carbohydrates, amino acids, and phenolics at different time points of infection with the RNA and DNA viruses. This was influenced by differentially regulated enzymatic activities along the salicylate, jasmonate, and chorismate biosynthesis, glycolysis, tricarboxylic acid cycle, and pentose phosphate pathways, as well as photosynthesis, photorespiration, transporting, amino acid and fatty acid biosynthesis. We calculated the flux redistribution considering a gradient of modulation for enzymes along different infection stages, ranging from pre-symptoms towards infection stability. Collectively, our reverse-engineering study consisting of the generation of experimental data and modelling supports the general insight with comparative and integrated systems biology into a model plant-virus interaction system. We refine the cross talk between transcriptome modification, metabolites modulation and enzymatic flux redistribution during compatible infection progression. The results highlight the global alteration in a susceptible host, correlation between symptoms severity and the alteration level. In addition we identify the detailed corresponding general and specific responses to RNA and DNA viruses at different stages of infection. To sum up, all the findings in this study strengthen the necessity of considering the timing of treatment, which greatly affects plant defence against viral infection, and might result in more efficient or combined targeting of a wider range of plant pathogens. N2 - Virale Infektionen haben einen signifikanten Einfluss auf verschiedene funktionelle Eigenschaften und biologische Prozesse im Wirt. Das Verständnis dieser komplexen Modifikation des infizierten Wirtsimmunsystems benötigt eine globale und detaillierte Einsicht in den Infektionsprozess. Diese erfordert einen leistungsfähigen Ansatz zur Identifizierung der beteiligten Komponenten, welche eine Pathogen-Erkennung und Antwort vermitteln bzw. eine kompatible Virus-Pflanze-Infektion voraussetzen. Die Anwendung der vergleichenden und integrierten Systembiologie zur Untersuchung dieser Pflanzen-Virus-Interaktionen im Infektionsverlauf kann eine neue Grundlage zum systematischen Verständnis der Modulation des Immunsystems der Pflanze und der Pathogen-Mechanismen während verschiedener Infektionen eröffnen. In dieser Arbeit wenden wir diese Ansätze an, um Pflanzen-Virus-Infektionen der zwei häufigsten viralen Pathogenen von Maniok zu untersuchen, den Cassava brown streak virus (CBSV) und den African cassava mosaic virus (ACMV). Dazu rekonstruieren wir den Infektionsprozess durch die Kombination von „omics“ basierten Datenanalysen und metabolischen Netzwerkmodellen um die wichtigen Elemente des viralen Infektionsprozesses zu verschieden Zeitpunkten aufzuklären. Metabolische Flussanalysen geben Einblick in metabolische Umsätze und deren Regulierung. Diese simultanen Untersuchungen erfassen ein breites Spektrum der Virus-vermittelten Veränderungen im Wirt über mehrere „omics“ Ebenen, einschließlich Geneexpression, Primärmetabolite und enzymatischer Aktivitäten, die mit dem charakteristischen Krankheitsentwicklungsprozess assoziiert sind, der in Nicotiana benthamiana Pflanzen aufgrund einer Infektion mit CBSV oder ACMV induziert wurde. Zuerst wurde die Dynamik des Transkriptoms infizierter Pflanzen mittels mRNA-Sequenzierung analysiert um das differentielle Expressionsprofil nach dem Symptomentwicklungsstadium zu untersuchen. Die Expressionsmuster und die biologischen Funktionen dieser Gene wurden im Hinblick auf die Infektionsstufe und den Virus Einheiten aufgelöst. Ein nächster Schritt war die Echtzeit-Expressionsmodifikation ausgewählter Schlüsselprozess-Gene, gefolgt von der Umsetzung im linearen Regressionsmodell. Anschließend wurde der funktionelle Verlust von regulatorischen Genen ermittelt, welche eine R-vermittelte Resistenz auslösen können. Es wurden erhebliche Unterschiede zwischen infizierten Mutanten / transgenen Linien und Wild-typen beobachtet und im Detail charakterisiert. Darüber hinaus entdeckten wir eine massive lokalisierte Akkumulation von reaktiven Sauerstoffspezies und quantifizierten die Expression von Abbauproteinen in den infizierten Wildtyp-Pflanzen relativ zu Mock-infizierten Kontrollen. Darüber hinaus fanden wir koordinierte regulierte Metaboliten als Reaktion auf eine virale Infektion, gemessen unter Verwendung von LC-MS / MS und HPLC-UV-MS Techniken. Dazu gehören die Analyse der Profile von Phytohormonen, Kohlenhydraten, Aminosäuren, und Phenolika zu verschiedenen Zeitpunkten der Infektion mit den RNA und DNA-Viren. Diese wurden beeinflusst durch die differentielle regulierten enzymatischen Aktivitäten entlang der Salicylat-, Jasmonat- und Chorismat-Biosynthese, der Glykolyse, Tricarbonsäure und Pentose-Phosphat-Umsetzung, der Photosynthese und Photorespiration, des Transportes und der Aminosäure sowie Fettsäure-Biosynthese. Wir berechneten die Umverteilung des metabolischen Flusses unter Berücksichtigung einer ansteigenden Beeinflussung von Enzymen in den verschiedeneren Infektionsstadien, die von Prä-Symptomen zur Infektionsstabilität reichen. Zusammengefasst beinhaltet unsere Reverse-Engineering-Studie die Generierung von experimentellen Daten und deren Modellierung mittels vergleichender und integrierter Systembiologie zum Einblick in das Modell-Pflanzen-Virus-Interaktionssystem. Wir lösten die Interaktion zwischen Transkriptom-Modifikation, Metabolitenmodulation und die Umverteilung des metabolischen Flusses während des kompatiblen Infektionsprozesses auf. Das Ergebnis zeigt die globalen Veränderungen in einem anfälligen Wirt auf, sowie die Korrelation zwischen Symptomschwere und der Stärke dieser Veränderungen. Darüber hinaus identifizieren wir im Detail die entsprechenden allgemeinen und spezifischen Reaktionen auf RNA und DNA-Viren in den verschiedenen Stadien der Infektion. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Erkenntnisse aus dieser Studie die Notwendigkeit aufzeigen, den zeitlichen Ablauf bei einer Pflanzenschutzbehandlung zu berücksichtigen, welche die pflanzliche Abwehr gegen eine Virusinfektion stark beeinflusst; und insgesamt zu einer effizienteren oder kombinierten Anwendung gegen ein breiteres Spektrum von Pflanzenpathogenen führen könnte. KW - RNA-seq KW - virus KW - next generation sequencing KW - transcriptome KW - fluxosome KW - metabolite profiling Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-153412 N1 - I also provided some supplementary data in digital version, which are available on-request from the dean's office. ER - TY - JOUR A1 - Goettsch, Winfried A1 - Beerenwinkel, Niko A1 - Deng, Li A1 - Dölken, Lars A1 - Dutilh, Bas E. A1 - Erhard, Florian A1 - Kaderali, Lars A1 - Kleist, Max von A1 - Marquet, Roland A1 - Matthijnssens, Jelle A1 - McCallin, Shawna A1 - McMahon, Dino A1 - Rattei, Thomas A1 - Van Rij, Ronald P. A1 - Robertson, David L. A1 - Schwemmle, Martin A1 - Stern-Ginossar, Noam A1 - Marz, Manja T1 - ITN—VIROINF: Understanding (harmful) virus-host interactions by linking virology and bioinformatics JF - Viruses N2 - Many recent studies highlight the fundamental importance of viruses. Besides their important role as human and animal pathogens, their beneficial, commensal or harmful functions are poorly understood. By developing and applying tailored bioinformatical tools in important virological models, the Marie Skłodowska-Curie Initiative International Training Network VIROINF will provide a better understanding of viruses and the interaction with their hosts. This will open the door to validate methods of improving viral growth, morphogenesis and development, as well as to control strategies against unwanted microorganisms. The key feature of VIROINF is its interdisciplinary nature, which brings together virologists and bioinformaticians to achieve common goals. KW - bioinformatic KW - virus KW - virology KW - virus host interaction Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236687 SN - 1999-4915 VL - 13 IS - 5 ER - TY - JOUR A1 - Fuji, Shigeo A1 - Kapp, Markus A1 - Einsele, Hermann T1 - Monitoring of Pathogen-Specific T-Cell Immune Reconstitution after Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation JF - Frontiers in Immunology N2 - The clinical outcome after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) has been significantly improved during the last decades with regard to the reduction in organ failure, infection, and severe acute graft-versus-host disease. However, severe complications due to infectious diseases are still one of the major causes of morbidity and mortality after allogeneic HSCT, in particular in patients receiving haploidentical HSCT or cord blood transplant due to a slow and often incomplete immune reconstitution. In order to improve the immune control of pathogens without an increased risk of alloreactivity, adoptive immunotherapy using highly enriched pathogen-specificT cells offers a promising approach. In order to identify patients who are at high risk for infectious diseases, several monitoring assays have been developed with potential for the guidance of immunosuppressive drugs and adoptive immunotherapy in clinical practice. In this article, we aim to give a comprehensive overview regarding current developments of T-cell monitoring techniques focusing on T cells against viruses and fungi. In particular, we will focus on rather simple, fast, non-labor-intensive, cellular assays which could be integrated in routine clinical screening approaches. KW - immune reconstitution KW - virus KW - fungi KW - T cell KW - allogeneic stem cell transplantation Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-129250 VL - 4 IS - 276 ER - TY - THES A1 - Mayer, Katrin Doris T1 - Visualization of type I immunity using bicistronic IFN-gamma reporter mice in vitro and in vivo T1 - Visualisierung der Typ I Immunität durch Verwendung von bizistronischen IFN-gamma Reporter Mäusen in vitro und in vivo N2 - Typ I Immunantworten, wie z.B. gegen Influenza Virus, Sendai Virus aber auch gegen intrazelluläre Erreger wie Toxoplasma gondii sind klassischerweise durch robuste IFN-γ Expression gekennzeichnet. Th1 und CD8+ Effektor T Zellen zählen zu den Hauptproduzenten von IFN-γ. Im Zusammenhang mit Autoimmunerkrankungen, Immunpathologie aber auch Impfstoffentwicklung, ist es überaus wichtig die Regulierung von IFN-γ zu verstehen. In der vorliegenden Arbeit wurde die IFN-γ Expression von CD4+ und CD8+ T Zellen detailliert charakterisiert. Des Weiteren wurde die Rolle des IFN-γ Rezeptors für die IFN-γ Expression von T Zellen untersucht. Unter Zuhilfenahme von bicistronischen IFN-γ-eYFP Reporter Mäusen, welche die direkte Identifizierung und Isolierung von vitalen IFN-γ exprimierenden Zellen ermöglichen, wurde die Expression von IFN-γ in vitro und in vivo, nach Infektion mit den bereits erwähnten Erregern,visualisiert. Die Expression des IFN-γ-eYFP Reporters zeichnete sich, sowohl in vitro als auch in vivo nach Infektion, durch ein äußerst heterogenes Fluoreszenzspektrum aus. Die Helligkeit der Reporter Fluoreszenz korrelierte positiv mit der Menge an IFN-γ Transkripten und mit der Menge des sekretierten IFN-γ Proteins nach Stimulierung. Die Helligkeit des Reporters reflektierte das Potenzial zur IFN-γ Produktion, die eigentliche Sekretion war jedoch weitgehend abhängig von zusätzlicher Stimulierung durch Antigen. Des Weiteren korrelierte die Helligkeit des Reporters mit der zunehmenden Produktion von weiteren proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen. Hoch fluoreszente Zellen exprimierten zudem vermehrt Marker auf ihrer Oberflache, die auf akute Aktivierung hinweisen. Die am hellsten eYFP fluoreszierenden Zellen waren im Allgemeinen weiter ausdifferenziert und ihre Präsenz war auf bestimmte Organe beschränkt. Die anatomische Begrenzung wurde durch den Erreger bestimmt. IFN-γ exprimierende Zellen wurden nach Infektion mit Sendai Virus oder Toxoplasma gondii in IFN-γ Rezeptor defizienten Reporter Mäusen generiert. Die Frequenz und die Helligkeit der eYFP Reporter Expression waren jedoch verändert. Experimente mit dualen Knochenmarks-Chimären Mäusen, welche mit Wild-Typ und IFN-γ Rezeptor defizientem Knochenmark rekonstituiert wurden, ergaben eine T Zell-intrinsische Abhängigkeit von IFN-γ Rezeptor vermittelten Signalen für die Expression von IFN-γ. Die Helligkeit des Reporters dagegen wurde unabhängig von dem IFN-γ Rezeptor reguliert. Abschließend wurde ein Modell für die Expression von IFN-γ in CD4+ und CD8+ T Zellen entwickelt. Zusammenfassend führen diese Ergebnisse zu dem Schluss, dass die Expression von IFN-γ in CD4+ und CD8+ T Zellen und nach viraler oder parasitärer Infektion unterschiedlich reguliert wird. Zusätzlich wurde gezeigt, dass der IFN-γ Rezeptor an der Modulation der IFN-γ Expression beteiligt ist. N2 - IFN-γ is the signature cytokine of Th1 and CD8+ effector cells generated in type I immune responses against pathogens, such as Influenza virus, Sendai virus and the intracellular protozoan parasite Toxoplasma gondii. Understanding the regulation of IFN-γ is critical for the manipulation of immune responses, prevention of immunopathology and for vaccine design. In the present thesis, IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells was characterized in detail and the requirement of IFN-γ receptor mediated functions for IFN-γ expression was assessed. Bicistronic IFN-γ-eYFP reporter mice, which allow direct identification and isolation of live IFN-γ expressing cells, were used to visualize IFN-γ expression in vitro and in vivo after infection with the afore mentioned pathogens. Expression of the IFN-γ-eYFP reporter by CD4+ and CD8+ T cells was broadly heterogeneous in vitro and in vivo after infection. Increased expression of the reporter correlated positively with the abundance of IFN-γ transcripts and IFN-γ protein production upon stimulation. eYFP reporter brightness reflected the potential for IFN-γ production, but actual secretion was largely dependent on antigenic stimulation. Increased expression of the reporter also correlated with enhanced secretion of additional proinflammatory cytokines and chemokines and cell surface expression of markers that indicate recent activation. Highly eYFP fluorescent cells were generally more differentiated and their anatomical distribution was restricted to certain tissues. The anatomical restriction depended on the pathogen. IFN-γ expressing CD4+ and CD8+ T cells were generated in IFN-γ receptor deficient reporter mice after infection with Sendai virus or Toxoplasma gondii. However, in the absence of IFN-γ receptor mediated functions, the frequency and brightness of the eYFP reporter expression was altered. Dual BM chimeric mice, reconstituted with wild-type and IFN-γ receptor deficient reporter BM, revealed a T cell-intrinsic requirement for the IFN-γ receptor for optimal IFN-γ expression. Reporter fluorescence intensities were regulated independently of IFN-γ receptor mediated functions. Finally, we propose a model for IFN-γ expression by CD4+ and CD8+ T cells. 2. SUMMARY 10 In summary, the expression of IFN-γ is differentially regulated in CD4+ and CD8+ T cells and after viral or protozoan infections. Additionally, the role of IFN-γ receptor mediated functions for the expression of IFN-γ was determined. KW - Interferon KW - Immunreaktion KW - Grippe KW - IFN-gamma KW - Zytokine KW - T Zellen KW - Influenza KW - Virus KW - IFN-gamma KW - cytokines KW - T cells KW - Influenza KW - virus Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19415 ER -