TY  - THES
A1  - Riaño, Rubén Felipe
T1  - BTN3A1 in the immune response of Vγ9Vδ2 T cells
T1  - BTN3A1 in der Immunantwort der Vγ9Vδ2 T Zellen
N2  - Human Vγ9Vδ2 T cells are the main γδ T cell subset in the circulation, accounting for up to 5% of the total peripheral blood lymphocyte population. They have been suggested to be important in response to tumors and infections. Their immune mechanisms encompass cell killing via cytotoxicity and secretion of pro-inflammatory cytokines such as IFNγ and tumor necrosis factor (TNF). The main stimulators of Vγ9Vδ2 T cells are isopentenyl pyrophosphate (IPP) and (E)-4-hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate (HMBPP), denominated phosphoantigens (PAg).
A major advance in the understanding of PAg detection and Vγ9Vδ2 T cell activation has been the identification of the butyrophlin 3A (BTN3A) proteins as key mediators in these processes. In humans, three isoforms constitute the BTN3A family: BTN3A1, BTN3A2, and BTN3A3; and their genes are localized on the short arm of chromosome 6. The role of BTN3A1 has been highlighted by BTN3A-specific monoclonal antibody 20.1 (mAb 20.1), which has an agonist effect and causes proliferation, expansion, and activation of primary human Vγ9Vδ2 T cells. On the other hand, BTN3A-specific monoclonal antibody 103.2 (mAb 103.2) is antagonistic, inhibiting the Vγ9Vδ2 T cell response. The actual mechanism underlying both PAg- and mAb 20.1-mediated activation is not completely elucidated, but the importance of BTN3A1 is clear. 
The main objective of this dissertation was to characterize the role of BTN3A1 in the PAg-dependent and PAg-independent Vγ9Vδ2 T cell activation and to evaluate its contribution in the response to influeza A virus infected cells. This research work demonstrated, by using Vγ9Vδ2 TCR MOP-transduced murine cells (reporter cells), that human chromosome 6 (Chr6) is mandatory for PAg-induced stimulation, but not for stimulation with mAb 20.1. The reporter cells responded to mAb 20.1 in cultures with BTN3A1-transduced Chinese hamster ovary cells (CHO BTN3A1) as antigen presenting cells. Nevertheless, for PAg-dependent activation the presence of Chr6 in CHO BTN3A1 was mandatory.
Although reporter cells expressing clonotypically different Vγ9Vδ2 TCRs showed similar PAg response, they clearly differed in the mAb 20.1 response. The reporter cell line transduced with Vγ9Vδ2 TCR D1C55 demonstrated essentially no response to mAb 20.1 compared to Vγ9Vδ2 TCR MOP cells. These findings were further supported by experiments performed with human PBMCs-derived Vγ9Vδ2 T cell clones. The results indicate heterogeneity in the PAg- and 20.1-dependent responses, in terms of CD25 and CD69 expression, among three different Vγ9Vδ2 T cells clones.
Co-cultures of reporter cells with Raji RT1BI and PAg plus mAb 20.1 or single chain antibody 20.1 (sc 20.1) revealed no additive or synergistic activating effects. In contrast, mAb 20.1 or sc 20.1 inhibited the PAg-mediated activation of the reporter cells. 
The comparison of the relative contribution of the isoforms BTN3A2 and BTN3A3, in the activation of Vγ9Vδ2 T cells, was undertaken by overexpression of these isoforms in CHO cells. The results showed that BTN3A2 contributes to both PAg- and mAb-induced Vγ9Vδ2 T cell activation. On the contrary, BTN3A3 does not support PAg-mediated γδ T cell response.
Additionally, mutations in the proposed PAg- and mAb 20.1-binding sites of the extracellular BTN3A1 domain were generated by means of site-directed mutagenesis. These mutations revoked the mAb 20.1-induced Vγ9Vδ2 T cell activation, but not that induced by PAg.
Finally, co-cultures of Vγ9Vδ2 TCR MOP-transduced murine reporter cells with influenza A/PR/8/34-infected cells, or infection of PBMCs with this virus strain indicated that BTN3A1 might be dispensable for the Vγ9Vδ2 T cell response against influenza A.
The data of this research work points out that: i) in addition to BTN3A1, other Chr6-encoded genes are necessary for Vγ9Vδ2 T cell activation with PAg; ii) clonotypical (CDR3) differences influence the PAg- and mAb 20.1-mediated Vγ9Vδ2 T cell activation; iii) the PAg- and mAb 20.1-induced responses are not synergistic and interfere with each other; iv) BTN3A2 and BTN3A3 isoforms differ in the ability to support PAg- or mAb 20.1-dependent Vγ9Vδ2 T cell activation; v) the importance of the intracellular B30.2 domain of BTN3A1, in the Vγ9Vδ2 T cell activation, might be higher than that of the extracellular domain; and vi) in spite of the importance of BTN3A1 in the activation of Vγ9Vδ2 T cells, it is possible that many molecules with redundant functions are involved in the elimination of influenza virus infection by these cells. 
In summary, it is possible to hypothesize a model in which BTN3A1 detects prenyl pyrophosphates in the cytoplasm via its B30.2 domain and in association with another protein(s). The binding of PAg to this domain induces a multimerization of BTN3A1 or a conformational change of its extracellular domain (mimicked by mAb 20.1). These modifications might be recognized by the Vγ9Vδ2 TCR or by an associated T cell protein. In the case that the TCR directly recognizes BTN3A1, the intensity of the response will depend on the Vγ9Vδ2 TCR clonotype. Future research will allow to gain a better understanding of BTN3A1, its interaction with other proteins, its actual role in the activation of Vγ9Vδ2 T cells, and its importance in specific models of cancer or infection. This knowledge will be necessary to transform these cells into effective tools in the clinic.
N2  - Im Menschen stellen Vγ9Vδ2 T Zellen die größte Subpopulation an γδ T Zellen im Blut dar und machen bis zu 5% der Gesamtpopulation peripherer Blutlymphozyten aus. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Tumoren und Infektionen. Ihre Immunantwort umfasst cytotoxische Aktivität sowie Sekretion proinflammatorischer Zytokine wie IFNγ und dem Tumor Necrosis Faktor (TNF). Vγ9Vδ2 T Zellen werden am stärksten durch Isopentenylpyrophosphat (IPP) und (E)-4-hydroxy-3-methyl-but-2-enylpyrophosphat (HMBPP) stimuliert, welche als Phosphoantigene (PAg) bezeichnet werden.
Ein großer Schritt für das Verständnis der Phosphoantigenerkennung und Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung war die Identifzierung der Schlüsselrolle, die Butyrophilin 3A (BTN3A) Proteinen in diesen Prozessen zukommt. Im Menschen existieren drei Isoformen von BTN3A (BTN3A1, BTN3A2 und BTN3A3), deren Gene auf dem kurzen Arm von Chromosom 6 lokalisiert sind. Die Rolle von BTN3A1 wurde durch den BTN3A spezifischen monoklonalen Antikörper 20.1 (mAk 20.1) besonders hervorgehoben, der eine agonistische Wirkung besitzt und Proliferation, Expansion, sowie Aktivierung primärer humaner Vγ9Vδ2 T Zellen hervorruft. Zudem existiert ein antagonistischer BTN3A spezifischer monoklonale Antikörper 103.2 (mAk 103.2), welcher Vγ9Vδ2 T Zellantworten inhibiert. Die der PAg- und mAk 20.1 vermittelten Aktivierung zugrunde liegenden Mechanismen wurden noch nicht vollständig aufgeklärt, die bedeutende Rolle von BTN3A1 in diesem Prozess ist jedoch eindeutig. 
Das Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von BTN3A1 in der PAg abhängigen sowie unabhängigen Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung zu charakterisieren und ihren Beitrag zu der Immunantwort gegen mit Influenza A Virus infizierte Zellen zu ermitteln. Durch die Nutzung Vγ9Vδ2 TCR MOP transduzierter muriner Zellen als Reporterzellen konnte gezeigt werden, dass das humane Chromosom 6 (Chr6) zwar für die PAg abhängige Stimulation, nicht jedoch für die Aktivierung durch mAk 20.1 zwingend notwendig ist. In Kultur mit BTN3A1 transduzierten “chinese hamster ovary” (CHO) Zellen antworteten die Reporterzellen auf mAk 20.1. Für eine PAg abhängige Aktivierung war jedoch zusätzlich die Anwesenheit des humanen Chr6 in CHO BTN3A1 Zellen Voraussetzung.
Obwohl Reporterzellen, die Vγ9Vδ2 TCRs verschiedener Klonotypen exprimierten, ähnliche PAg Antworten zeigten, unterschieden sie sich in der mAk 20.1 Antwort klar. Die mit Vγ9Vδ2 TCR D1C55 transduzierten Reporterzellen zeigten im Vergleich zu Vγ9Vδ2 TCR MOP Zellen nahezu keine mAk 20.1 abhängige Antwort. Diese Befunde wurden auch durch Experimente gestützt, die mit humanen, aus PBMCs gewonnenen Vγ9Vδ2 T Zellklonen durchgeführt wurden. Deren Resultate weisen, bezüglich der CD25 und CD69 Expression, auf eine heterogene PAg- und 20.1 abhängige Antwort der drei unterschiedlichen Vγ9Vδ2 T Zellklone hin.
Kokulturen von Reporterzellen mit Raji RT1BI und PAg plus mAk 20.1 oder dem Einzelkettenantikörper 20.1 (sc 20.1) zeigten keine additive oder synergistische aktivierende Wirkung, vielmehr wurde die PAg vermittelte Aktivierung der Reporterzellen durch mAk 20.1 oder sc 20.1 inhibiert. 
Mittels Überexpression der beiden Isoformen BTN3A2 und BTN3A3 in CHO Zellen, wurde deren jeweiliger Beitrag zur Aktivierung von Vγ9Vδ2 T Zellen verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass BTN3A2 sowohl zu PAg als auch mAk induzierten Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung beiträgt. BTN3A3 hingegen unterstützt die PAg vermittelte γδ T Zellaktivierung nicht.
Weiterhin wurden, mittels gerichteter Mutagenese, in den vorgeschlagenen PAg- und mAk 20.1 Bindungsstellen der extrazellulären BTN3A1 Domäne Mutationen generiert. Diese verhinderten die mAk 20.1-, jedoch nicht die PAg vermittelte Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung.
Zuletzt zeigten Kokulturen von Vγ9Vδ2 TCR MOP transduzierten murinen Reporterzellen und Influenza A/PR/8/34 infizierten Zellen, sowie eine Infektion von PBMCs mit diesem Virusstamm, dass BTN3A1 für die Vγ9Vδ2 T Zellantwort gegen Influenza A entbehrlich sein könnte.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass i) zusätzlich zu BTN3A1, andere auf Chr6 befindliche Gene für die PAg abhängige Aktivierung von Vγ9Vδ2 T Zellen nötig sind; ii) klonotypische (CDR3) Unterschiede die PAg und mAk 20.1 vermittelte Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung beeinflussen; iii) die PAg- and mAk 20.1 induzierten Antworten sich nicht verstärken, sondern beeinträchtigen; iv) sich die Isoformen BTN3A2 und BTN3A3 in der Fähigkeit, die PAg- oder mAk 20.1 abhängige Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung zu unterstützen, unterscheiden; v) die intrazelluläre B30.2 Domäne von BTN3A1 eine größere Bedeutung für die Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung haben könnte als die extrazelluläre; und dass vi) trotz der Bedeutung von BTN3A1 für die Aktivierung von Vγ9Vδ2 T Zellen, die Möglichkeit besteht, dass viele Moleküle mit redundanter Funktion bei der Eliminierung von Influenza Viren durch diese Zellen eine Rolle spielen. 
Zusammenfassend lässt sich als Hypothese ein mögliches Modell aufstellen, in dem BTN3A1 in Assoziation mit einem oder mehreren zusätzlichen Proteinen zytoplasmatische Prenylpyrophosphate mittels der B30.2 Domäne detektiert. Die Bindung der PAg an diese Domäne würde dann eine Multimerisierung von BTN3A1 oder eine Konformationsänderung der extrazellulären Domäne (wie auch durch mAk 20.1 herbeigeführt) induzieren. Diese Modifizierungen könnten vom Vγ9Vδ2 TCR oder von einem assoziierten T Zellprotein erkannt werden. Für den Fall einer direkten Erkennung von BTN3A1 durch den TCR würde der Grad der T Zellantwort vom Vγ9Vδ2 TCR Klonotyp abhängen. Zukünftige Forschung wird ein besseres Verständnis von BTN3A1, dessen Proteininteraktionen, dessen Rolle in der Vγ9Vδ2 T Zellaktivierung, und dessen Bedeutung in spezifischen Krebs- oder Infektionsmodellen ermöglichen. Wissen, das benötigt wird, um diese Zellen effizient in klinischen Therapien einzusetzen.
KW  - gamma delta T cells
KW  - Vgamma9Vdelta2 T cells
KW  - phosphoantigen
KW  - HMBPP
KW  - IPP
KW  - butyrophilin 3A
KW  - human chromosome 6
KW  - monoclonal antibody 20.1
KW  - monoclonal antibody 103.2
KW  - influenza A virus
KW  - T cell activation
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Immunmodulation
KW  - In vitro
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142084
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lindner, Andreas
T1  - Aktivierung und Zytotoxizität von gamma delta T-Lymphozyten gegenüber Tumorzellen hämatologischen Ursprungs - Untersuchungen in vitro
T1  - Activation and cytotoxicity of gamma delta T lymphocytes against tumor cells of hematological origin
N2  - Auf der Suche nach neuen Therapiemöglichkeiten für Tumorpatienten stellt die Immuntherapie mit gd T-Lymphozyten einen innovativen Ansatz dar. In vitro Zytotoxizität von Vg9Vd2 T-Lymphozyten wurde gegen eine Vielzahl von Tumorzellen belegt. Mit den Aminobisphosphonaten steht eine Reihe zugelassener und langjährig erprobter Medikamente zur Verfügung, die im Bereich therapeutisch verwendeter Dosierungen Vg9Vd2 T-Lymphozyten auch in vivo aktivieren können. Zudem ist Bromohydrin (BrHPP) als hochaffines synthetisches Phosphoantigen ein weiterer attraktiver Kandidat zur Aktivierung von gd T-Zellen und befindet sich am Menschen bereits in klinischen Studien. Strategien einer auf gd T-Zellen beruhenden Immuntherapie umfassen zum einen die in vitro Expansion von gd T-Lymphozyten mittels BrHPP oder Aminobisphosponaten mit anschließendem Transfer, dem so genannten adoptiven Zelltransfer auf den Patienten. Zum anderen kann die Anti-Tumoraktivität von Vg9Vd2 T-Lymphozyten auch direkt in vivo mittels Bisphosphonaten induziert werden, wie in einer Pilotstudie mit einem Anti-Lymphom- bzw. Anti-Myelom-Effekt bis hin zu einer klinischen partiellen Remission durch die Therapie mit einem Bisphosphonat (Pamidronat) und IL-2 eindrucksvoll gezeigt werden konnte. In der hier vorliegenden Arbeit wurde eine effektive Methode zur in vitro Proliferation von Vg9Vd2 T-Zellen mit Ausbildung ihrer Anti-Tumoraktivität durch BrHPP und durch das Bisphosphonat Zoledronat in Anwesenheit von IL-2 gezeigt. Weitergehend konnte mit Zytotoxizitätstestungen – basierend auf der Messung der Laktatdehydrogenase-Aktivität – die zytolytische Aktivität dieser expandierten gd T-Zellen gegenüber den primären Tumorzellen von insgesamt 8 Leukämie-Patienten, sowie je einem Patienten mit einem Lymphom und einem Plasmozytom nachgewiesen werden. Dadurch wurde einerseits das besondere Potential der gd T-Lymphozyten gegenüber hämatologischen Neoplasien unterstrichen, andererseits konnte ein Testverfahren gezeigt werden, mit dem das Spektrum empfindlicher Tumorzellen und Einflussgrößen untersucht werden können. In einem Experiment wurde dargestellt, wie die myelomonozytäre Zelllinie THP1 im Gegensatz zu ihrer sonst vorliegenden Anergie nach Vorbehandlung mit Zoledronat durch gd T-Zellen lysiert werden konnte. In einem autologen Versuchsansatz konnte die Anti-Tumoraktivität der gd T-Zellen eines Patienten mit der Diagnose eines follikuläres B-NHL durch Vorbehandlung der Lymphomzellen mit Zoledronat noch gesteigert werden. gd T-Zellen unterliegen als Teil des komplexen Immunsystems verschiedenen Regulationsmechanismen, die auch manipuliert werden können. In vitro Testverfahren – wie in dieser Arbeit – sind die Voraussetzung für eine Grundlagenforschung, mit deren Hilfe man in Zukunft zu einer hoffnungsvollen, auf gd T-Zellen basierenden Immuntherapie maligner Erkrankungen gelangen könnte.
N2  - During the last few years, knowledge about the innate effector lymphocytes – such as natural killer (NK) cells, NK T cells and gd T cells – has advanced enormously, while immunotherapeutic strategies based on gd T cells have received increasingly more attention. The main subset of gd T cells in the human peripheral blood – the Vg9Vd2 T cells – possess a cytotoxic effector activity against a variety of tumor cells in vitro. Aminobisphosphonates – licensed and widely used antiresorptive drugs in malignant and nonmalignant bone disease – have been identified as potent synthetic stimulators of Vg9Vd2 T cells in vitro and in vivo. Furthermore, bromohydrin pyrophosphate (BrHPP) is another highly potent synthetic phosphoantigen for gd T cells. Two strategies for the potential use of gd T cells in tumor immunotherapy are presently being envisaged. On one hand, in vitro expansion of gd T cells by aminobisphosphonates (ABP) or BrHPP in the presence of IL-2 with a resultant cell transfer – the so-called adoptive transfer – to the patient, has shown promising results in animal models. On the other hand, there is the possibility of in vivo therapeutic administration of gd-stimulating synthetical phosphoantigens (ABP or BrHPP) in combination with low dose IL-2 in cancer therapy. In a pioneer pilot study, treatment with a second-generation ABP, Pamidronate, in combination with IL- 2 induced an objective antitumor activity in patients with low-grade non-Hodgkin lymphoma or multiple myeloma. The correlation of expansion of gd T cells in vivo with the clinical response (tumor stabilization or partial remission) demonstrated in this study the feasability of gd T-cell immunotherapy. Phase 1 clinical trials designed to evaluate BrHPP combined with low-dose IL-2 in patients with renal cell carcinoma and relapsed lymphoma are ongoing. In the presented medical thesis, peripheral Vg9Vd2 T cells were activated and expanded to large in vitro clones by stimulation of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) with BrHPP in the presence of low-dose IL-2. After 12 to 16 days, cultures derived from patient’s PBMCs contained a percentage of gd T cells ranging between 75 % and 92 % (from an initial 4 % – 6 %) with an accompanying 2 to 4-fold increase in the absolute cell counts. Through this protocol, numerous gd T cells can be made available for in vitro experiments or for potential adoptive cell transfers. Furthermore, the capacity of expanded gd T cells from healthy donors to lyse primary tumor cells from patients were analysed with a cytotoxicity assay, based on the release of the enzyme lactate dehydrogenase (LDH). Our examinations displayed a strong cytotoxic effector activity of gd T cells against tumor cells from eight patients with acute myeloid and acute lymphocytic leukemia. The CD69 expression – as an early activation marker – of native gd T-cells induced through the tumor cells was not correlated to the antitumor effect of BrHPP-activated gd T cells against these tumor cells. This may be a consequence of distinct pathways – a TCR-dependent pathway and a natural killer-like pathway - for antitumor immunity. In an autologous experiment, gd T cells of a patient with a non-Hodgkin’s lymphoma showed cytotoxicity against the malignant cells. Additionally, the gd T-cells from this patient exhibited a markedly enhanced cytotoxicity against lymphoma cells pretreated with Zoledronate – currently the most potent third-generation ABP – as compared with untreated lymphoma cells. Further, we showed that the THP-1 tumorline (myelomonocytic leukemia) became susceptible to gd T cell-mediated cytotoxicity following pretreatment with Zoledronate, while normal THP-1 cells remained resistant. These observations outline the critical role of gd T cell population in immune surveillance, particularly against hematopoietic malignancies and the possibility to benefit from synthetical phosphoantigens for this immunotherapeutic approach. In vitro analysis – as demonstrated here – are the presupposition for evaluating future immunotherapeutic strategies with gd T lymphocytes.
KW  - gamma delta T-Zellen
KW  - Zytotoxizität
KW  - Tumor Immuntherapie
KW  - bromohydrin pyrophosphat
KW  - zoledronat
KW  - gamma delta T cells
KW  - lactate dehydrogenase cytotoxicity assay
KW  - cancer immunotherapy
KW  - bromohydrin pyrophosphate
KW  - zoledronate
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23447
ER  -