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Hantaviren sind infektiöse Ursache des Hämorrhagischen Fiebers mit renalem Syndrom (HFRS), des Hanta Pulmonary Syndrome (HPS)und der Nephropathia epidemica (NE). Das hantavirale N-Protein (Nukleokapsidprotein), codiert durch das S-Segment, stellt sich als dabei als antigenetisches Hauptziel der humoralen Immunantwort dar. In der vorliegenden Arbeit wurde nach Anzucht der beiden Hantavirusstämme Puumala und Dobrava RNA des S-Segments extrahiert und durch RT-PCR in cDNA umgeschrieben und vervielfältigt. Die cDNA wurde anschließend in den pCR2.1-TOPO-Vektor (Fa. Invitrogen)kloniert und nachfolgend in den pRSETB Vektor (Fa. Invitrogen) umkloniert. Die beiden rekombinanten Plasmide pRSETBPuumalaN und pRSETBDobravaN wurden zur bakteriellen Expression der hantaviralen N-Proteine in kompetente Zellen gegeben. Nach Aufreinigung wurden die N-Proteine zur Antikörperproduktion durch Injektion in Kaninchen verbracht. Die dadurch erhaltenen polyklonalen Antikörper anti-PuumalaN-AK und anti-DobravaN-AK stehen für weitere Untersuchungen und Hantavirusforschung als molekulare Werkzeuge zu Verfügung.
Background: Dendritic cells (DC) can act tolerogenic at a semi-mature stage by induction of protective CD4+ T cell and NKT cell responses. Methodology/Principal Findings: Here we studied the role of the co-inhibitory molecule B7-H1 (PD-L1, CD274) on semimature DC that were generated from bone marrow (BM) cells of B7-H12/2 mice and applied to the model of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE). Injections of B7-H1-deficient DC showed increased EAE protection as compared to wild type (WT)-DC. Injections of B7-H12/2 TNF-DC induced higher release of peptide-specific IL-10 and IL-13 after restimulation in vitro together with elevated serum cytokines IL-4 and IL-13 produced by NKT cells, and reduced IL-17 and IFN-c production in the CNS. Experiments in CD1d2/2 and Ja2812/2 mice as well as with type I and II NKT cell lines indicated that only type II NKT cells but not type I NKT cells (invariant NKT cells) could be stimulated by an endogenous CD1d-ligand on DC and were responsible for the increased serum cytokine production in the absence of B7-H1. Conclusions/Significance: Together, our data indicate that BM-DC express an endogenous CD1d ligand and B7-H1 to ihibit type II but not type I NKT cells. In the absence of B7-H1 on these DC their tolerogenic potential to stimulate tolerogenic CD4+ and NKT cell responses is enhanced.
AZT-Resistenz bei Foamyviren
(2008)
Azidothymidin (AZT) ist ein nukleosidischer Reverse-Transkriptase-Inhibitor (NRTI), der bei HIV-Infektionen in Kombination mit anderen antiretroviralen Substanzen eingesetzt wird. AZT zeigt darüberhinaus auch eine gute Wirksamkeit gegen Foamyviren, eine Subfamilie der Retroviren mit charakteristischen Besonderheiten in ihrer Molekularbiologie und ihrem Replikationszyklus, deren Vertreter verschiedene Affenarten und andere Säugetiere infizieren, wobei sie sich sowohl im jeweils natürlichen Wirt als auch bei seltener zufälliger Infektion des Menschen apathogen zeigen. In der vorliegenden Arbeit wurde das AZT-resistente Foamyvirus SFVmacAZTres untersucht, das in Anwesenheit steigender AZT-Konzentrationen in Zellkultur selektiert worden war. Hierzu wurde SFVmacAZTres zunächst einer genotypischen Analyse unterzogen, wobei im Vergleich mit der wildtypischen Ausgangssequenz zwei Mutationen in gag und vier Mutationen in pol nachgewiesen wurden, die zu Änderungen auf Aminosäureebene führten. Mittels PCR wurden Fragmente, die alle sechs Mutationen oder nur die vier pol-Mutationen enthielten, aus der Sequenz von SFVmacAZTres amplifiziert und jeweils in einen SFVmac-Klon eingefügt. Im weiteren Verlauf zeigte sich dabei kein Unterschied zwischen diesen beiden Konstrukten bezüglich der Replikation in Abwesenheit oder Anwesenheit von AZT, so dass gefolgert werden konnte, dass die gag-Mutationen keinen Beitrag zur AZT-Resistenz leisten. Die pol-Mutationen befanden sich sämtlich im für die Reverse Transkriptase kodierenden Bereich und führten zu den Aminosäuresubstitutionen K211I, I224T, S345T und E350K. An Position 224 fand sich dabei in einer veröffentlichten Sequenz bereits ein Threonin, so dass hier unabhängig von der Selektion in Anwesenheit von AZT möglicherweise ein Polymorphismus vorliegt. Der Vergleich der vier Mutationen der RT von SFVmacAZTres mit den bei HIV bekannten Mustern an Mutationen wie den TAMs und dem Q151M-Komplex zeigte keine Übereinstimmungen. Um den jeweiligen Beitrag der vier nachgewiesenen pol-Mutationen zur AZT-Resistenz zu untersuchen, wurden sie einzeln und in Kombinationen mittels zielgerichteter Mutagenese in einen SFVmac-Klon eingefügt und die entsprechenden Konstrukte auf ihre Replikation in Abwesenheit und Anwesenheit von 0,5 µM, 5µM und 50 µM AZT untersucht. Hierfür wurden 293T-Zellen mit dem jeweiligen Plasmid transfiziert und nach Überprüfung der gleichmäßigen Expression von Gag und Pol mittels Western Blot der virushaltige Überstand auf Zielzellen gegeben und der Titer ausgezählt. Es konnte gezeigt werden, dass keines der Konstrukte mit Einzel , Doppel- und Dreifachmutationen eine ähnlich ausgeprägte AZT-Resistenz wie die Vierfachmutante aufwies, allerdings einige in unterschiedlichen Ausmaß teilresistent waren, während andere weder ohne noch mit AZT gut replizierten. S345T erwies sich vor E350K als die Mutation mit dem größten Beitrag zur AZT-Resistenz, I224T erhöhte den Titer in Abwesenheit und Anwesenheit um etwa den gleichen Faktor, wohingegen sich K211I in den meisten Kombinationen eher negativ auswirkte. Der Klon, in den alle vier Mutationen mittels zielgerichteter Mutagenese eingeführt worden waren, zeigte die gleiche AZT-Resistenz wie das in Zellkultur selektierte Virus. Damit war gezeigt, dass diese vier Mutationen sowohl notwendig als auch hinreichend für die AZT-Resistenz von SFVmacAZTres sind. Die pol-Mutationen von SFVmacAZTres wurden weiterhin soweit möglich an entsprechenden Stellen in Klon des prototypischen Foamyvirus PFV eingeführt, bei dem es zuvor nicht gelungen war, ein resistentes Isolat in Zellkultur zu generieren. Das PFV-Konstrukt mit den Mutationen aus SFVmacAZTres zeigte sich jedoch nicht AZT-resistent, sondern wies einen Replikationsdefekt auf. Einige HIV-Mutationen, die in den PFV-Klon eingefügt wurden, führten ebenfalls zu keiner AZT-Resistenz. Es bestehen also bezüglich AZT-Resistenz und damit gewisser Eigenschaften der Reversen Transkriptase deutliche Unterschiede zwischen PFV und SFVmac. Die durchgeführten Arbeiten stellen die Grundlage für weitere Untersuchungen dar, in denen beispielsweise dem biochemischen Mechanismus der AZT-Resistenz von SFVmacAZTres nachgegangen werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse können zum Verständnis allgemeiner Mechanismen der NRTI-Resistenz bei Retroviren ebenso beitragen wie zur weiteren Charakterisierung der foamyviralen Reversen Transkriptase an sich.
Recently, we have shown that C6-ceramides efficiently suppress viral replication by trapping the virus in lysosomes. Here, we use antiviral assays to evaluate a synthetic ceramide derivative α-NH2-ω-N3-C6-ceramide (AKS461) and to confirm the biological activity of C6-ceramides inhibiting SARS-CoV-2. Click-labeling with a fluorophore demonstrated that AKS461 accumulates in lysosomes. Previously, it has been shown that suppression of SARS-CoV-2 replication can be cell-type specific. Thus, AKS461 inhibited SARS-CoV-2 replication in Huh-7, Vero, and Calu-3 cells up to 2.5 orders of magnitude. The results were confirmed by CoronaFISH, indicating that AKS461 acts comparable to the unmodified C6-ceramide. Thus, AKS461 serves as a tool to study ceramide-associated cellular and viral pathways, such as SARS-CoV-2 infections, and it helped to identify lysosomes as the central organelle of C6-ceramides to inhibit viral replication.
Innate and adaptive immune responses in neurodegenerative diseases have become recently a focus of research and discussions. Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder without known etiopathogenesis. The past decade has generated evidence for an involvement of the immune system in PD pathogenesis. Both inflammatory and autoimmune mechanisms have been recognized and studies have emphasized the role of activated microglia and T-cell infiltration. In this short review, we focus on dendritic cells, on their role in initiation of autoimmune responses, we discuss aspects of neuroinflammation and autoimmunity in PD, and we report new evidence for the involvement of neuromelanin in these processes.
Aspf2 From Aspergillus fumigatus Recruits Human Immune Regulators for Immune Evasion and Cell Damage
(2018)
The opportunistic fungal pathogen Aspergillus fumigatus can cause life-threatening infections, particularly in immunocompromised patients. Most pathogenic microbes control host innate immune responses at the earliest time, already before infiltrating host immune cells arrive at the site of infection. Here, we identify Aspf2 as the first A. fumigatus Factor H-binding protein. Aspf2 recruits several human plasma regulators, Factor H, factor-H-like protein 1 (FHL-1), FHR1, and plasminogen. Factor H contacts Aspf2 via two regions located in SCRs6–7 and SCR20. FHL-1 binds via SCRs6–7, and FHR1 via SCRs3–5. Factor H and FHL-1 attached to Aspf2-maintained cofactor activity and assisted in C3b inactivation. A Δaspf2 knockout strain was generated which bound Factor H with 28% and FHL-1 with 42% lower intensity. In agreement with less immune regulator acquisition, when challenged with complement-active normal human serum, Δaspf2 conidia had substantially more C3b (>57%) deposited on their surface. Consequently, Δaspf2 conidia were more efficiently phagocytosed (>20%) and killed (44%) by human neutrophils as wild-type conidia. Furthermore, Aspf2 recruited human plasminogen and, when activated by tissue-type plasminogen activator, newly generated plasmin cleaved the chromogenic substrate S2251 and degraded fibrinogen. Furthermore, plasmin attached to conidia damaged human lung epithelial cells, induced cell retraction, and caused matrix exposure. Thus, Aspf2 is a central immune evasion protein and plasminogen ligand of A. fumigatus. By blocking host innate immune attack and by disrupting human lung epithelial cell layers, Aspf2 assists in early steps of fungal infection and likely allows tissue penetration.
Das Masernvirus (MV) ist ein negativ-strängiges RNA-Virus aus der Familie der Paramyxovi-ridae und zählt immer noch zu den häufigsten Todesursachen bei Kindern in Entwicklungs-ländern. Nach dem Eintritt in den Körper führt eine Infektion von CD150-exprimierenden B- und T-Lymphozyten sowie dendritischen Zellen (DCs) und Monozyten bzw. Makrophagen zu einer systemischen Infektion. Viele Mitglieder der Familie der APOBEC-Proteine („apolipoprotein B mRNA editing enzyme, catalytic polypeptide-like proteins“), u. a. auch APOBEC3G, werden als Teil der angeborenen Immunantwort in diesen Zellen und infizierten Geweben exprimiert. In früheren Studien wurde bereits gezeigt, dass diese Proteine durch ihre RNA-bindenden Eigenschaften und ihre Fähigkeit zur Desaminierung von Cytosin zu Uracil zu einer Inhibition von verschiedenen Retroelementen und Retroviren, wie beispielsweise den „long interspersed nuclear elements 1“ und dem humanen Im-mundefizienz-Virus (HIV) führen. Das Ziel dieser Arbeit war es, mögliche antivirale Mechanismen von humanem APOBEC3G gegen das MV als Vertreter der negativ-strängigen RNA-Viren zu identifizieren. Hierzu wurden rekombinante MV-Wildtyp und -Impfstämme, sowie APOBEC3G-überexprimierende Vero-Zelllinien verwendet. Es zeigte sich, dass die Replikation des verwendeten rekombinanten Masern Wildtyp- und Impfvirus durch humanes APOBEC3G inhibiert wird. Diese Inhibition äußerte sich in einer reduzierten Synzytienbildung, einer mindestens 50 %igen Reduktion viral-exprimierter Proteine, sowie in einer 90-99 %igen Reduktion der auf APOBEC3G-exprimierenden Zellen entstandenen viralen Titer. Durch Sequenzanalysen konnte festgestellt werde, dass es zu einem Anstieg von 0,2 auf 0,95 unspezifischer Mutationen pro 1.000 Basenpaaren in MV-Transkripten kam, deren Muster mit dem in Kontrollzellen vergleichbar war, wohingegen typische C zu U(T) bzw. G zu A Hypermutationen nicht auftraten. Eine Kolokalisation von humanem APOBEC3G mit MV-spezifischen Proteinen konnte ebenfalls nicht eindeutig beobachtet werden. Es zeigte sich allerdings, dass APOBEC3G an virale RNA binden konnte. Außerdem wurde APOBEC3G in aufgereinigten viralen Partikeln um etwa den Faktor 4 angereichert. Versuche mit einem MV-Minireplikon-System ergaben, dass APOBEC3G eine Inhibition der viralen RNA-abhängigen RNA-Polymerase bewirkt, vermutlich aufgrund der Fähigkeit des Proteins an virale RNA zu binden. Immunfluoreszenzfärbungen mit mutierten APOBEC3G-Proteinen haben auch in die-ser Arbeit erneut belegt, dass der RNA-bindenden Desaminase-Domäne bei der zellulären Lokalisation des Proteins eine besondere Rolle zukommt, da einige Mutationen innerhalb dieses Bereiches zu einem hohen Verlust der Proteinexpression sowie zu einer Ansammlung der mutierten Proteine am rauen endoplasmatischen Retikulum führen. Die in dieser Arbeit gezeigte Inhibition der Replikation von MV durch humanes APO-BEC3G lässt eine generelle antivirale Aktivität von Mitgliedern der APOBEC-Familie gegen negativ-strängige RNA-Viren vermuten, welche auf der Fähigkeit des Proteins beruht RNA zu binden. Weitere Untersuchungen bezüglich der Inhibition anderer Vertreter der Mononegavirales durch verschiedene APOBEC-Proteine könnten Aufschluss über die beteiligten Mechanismen geben.
Marine sponges and their associated bacteria have been proven to be a rich source of novel secondary metabolites with therapeutic usefulness in infection and autoimmunity. This Ph.D. project aimed to isolate bioactive secondary metabolites from the marine sponges Amphimedon compressa, Aiolochroia crassa and Theonella swinhoei as well as from bacteria associated with different Caribbean sponges, specifically actinomycetes and sphingomonads. In this study, amphitoxin was isolated from the crude methanol extract of the sponge A. compressa and it was found to have antibacterial and anti-parasitic activities. Amphitoxin showed protease inhibitory activity when tested against the mammalian protease cathepsin B and the parasitic proteases rhodesain and falcipain-2. Furthermore, miraziridine A was identified in the dichloromethane extract of the sponge T. swinhoei collected offshore Israel in the Red Sea. Miraziridine A, a natural peptide isolated previously from the marine sponge Theonella aff. mirabilis, is a potent cathepsin B inhibitor with an IC50 value of 1.4 g/mL (2.1 M). Secondary metabolites from sponge-derived bacteria were also isolated and identified. A total of 79 strains belonging to 20 genera of the order Actinomycetales and seven strains belonging to two genera of the order Sphingomonadales were cultivated from 18 different Caribbean sponges and identified by 16S rRNA gene sequencing. Seven of these strains are likely to represent novel species. Crude extracts from selected strains were found to exhibit protease inhibition against cathepsins B and L, rhodesain, and falcipain-2 as well as immunomodulatory activities such as induction of cytokine release by human peripheral blood mononuclear cells. The isolates Sphingobium sp. CO105 and Lapillicoccus sp. BA53 were selected for cultivation, extraction and purification of bioactive metabolites based on initial bioactive screening results. The isoalloxazine isolumichrome was isolated from the strain Sphingobium sp. CO105 which inhibited the protease rhodesain with an IC50 of 0.2 M. The strain Lapillicoccus sp. BA53 was found to produce p-aminosalicylic acid methyl ester, which showed activity against the proteases cathepsins B and L, falcipain-2 and rhodesain. These results highlight the significance of marine sponge-associated bacteria to produce bioactive secondary metabolites with therapeutic potential in the treatment of infectious diseases and disorders of the immune system.
Hintergrund: Die der Pathogenese von Morbus Parkinson (PD, Parkinson’s disease) zugrunde liegenden Mechanismen sind bis heute nur unvollständig verstanden. Insbesondere ist unklar, durch welche ursächlichen Faktoren Parkinson ausgelöst wird. Bei der HIV-Infektion treten bei vielen Patienten neurologische Störungen auf (HIV-Associated Neurological Disorders, HAND), die in der klinischen Symptomatik und der Lokalisation der betroffenen Gehirnareale dem Morbus Parkinson ähneln. Möglicherweise könnte eine Fehlregulation der Immunantwort eine Rolle als Auslöser beider Erkrankungen spielen. In dieser Arbeit wurde die Autoimmunantwort von PD- und HAND-Patienten und gesunden Kontrollen gegen verschiedene Gehirnhomogenate untersucht, die während der Parkinsonerkrankung in unterschiedlichem Ausmaß geschädigt werden. Das Autoimmun-Signal wurde quantifiziert und prominente Autoantigene wurden identifiziert.
Methoden: In dieser Arbeit wurde ein Western-Blot-basiertes Verfahren zum Nachweis von Autoantikörpern gegen Gehirngewebe entwickelt. Dieses Verfahren wurde nach Optimierung mit Plasmaproben von gesunden Kontrollen, PD-Patienten und Patienten mit HIV-Infektion insbesondere an einer Gruppe von 40 Parkinson-Patienten (Durchschnittsalter 65 Jahre, 45 % weiblich) und 40 alters- und geschlechtsgemachten Kontrollen (Durchschnittsalter 62 Jahre, 50 % weiblich) angewendet und die humorale Autoimmunität gegen verschiedene Gehirnareale untersucht. Dazu wurden die verschiedenen Areale (dorsaler Motornucleus des Glossopharynx- und Vagusnervs (dm), Substantia nigra (SN), anteromedialer temporaler Mesocortex (MC), high order sensorische Assoziations- und präfrontale Felder (HC), first oder sensorische Assoziations- und prämotorische Felder, primäre sensorische und motorische Felder (FC)) von post-mortem Gehirnen homogenisiert, auf SDS-Gradienten-Gelen elektrophoretisch aufgetrennt und auf Nitrocellulose geblottet. Die Membranen wurden mit den Plasmen inkubiert und gebundene Autoantikörper immunologisch detektiert. Die Signale wurden qualitativ und quantitativ ausgewertet. Mit Hilfe einer zweidimensionalen Elektrophorese und anschließender Immunfärbung wurden prominente Autoantigene durch Massenspektroskopie identifiziert.
Ergebnisse: Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Assay lässt sich die humorale Autoimmunantwort gegen Gehirngewebe semiquantitativ bestimmen. In allen untersuchten Proben konnten verschiedene Autoantikörper gegen unterschiedliche Antigene nachgewiesen werden. Der Gesamt-IgG-Gehalt der Plasmen unterscheidet sich weder zwischen PD-Patienten und gesunden Kontrollen, noch zwischen Männern und Frauen signifikant. Weibliche PD-Patienten zeigen signifikant stärkere Signale gegen dm als männliche (p = 0.02, Mann-Whitney-U-Test), der wiederum in jedem Patienten - unabhängig vom Geschlecht - von den untersuchten Hirnarealen signifikant stärker autoimmunologisch erkannt wird, als die übrigen Hirnareale (p < 0.0001, Friedman-ANOVA). In jedem Hirnareal wurden drei Banden besonders häufig erkannt (45, 40 und 37 kDa), jede davon am stärksten im dm (p < 0.0001, Friedman-ANOVA). Die Einzelanalysen der Signalintensitäten zeigt, dass PD-Patienten signifikant weniger Autoreaktivität gegen die 45 kDa-Bande in der SN (p = 0.056), im MC (p = 0.0277) und im FC (p = 0.0188) zeigen, als Kontrollen. Weitere Analysen zeigen, dass männliche PD-Patienten hochsignifikant weniger das 45 kDa-Protein im SN (p < 0.0001), MC (p = 0.0042) und FC (p = 0.0088) erkennen als Kontrollen, wohingegen bei den weiblichen Kontroll- und PD-Plasmen kein Unterschied festzustellen war. Ein weiteres Protein bei 160 kDa wird signifikant unterschiedlich stark in allen Gehirnarealen erkannt (p < 0.0001, Friedman-ANOVA), wobei die stärkste Immunreaktivität gegen FC besteht.
Basierend auf dem Nachweis der 45 kDa-Bande aus der SN ergibt sich eine Odds Ratio für das Merkmal Parkinson von 3.38 (CI 1.11 – 10.30). Bei Männern ist diese Odds Ratio sogar 53.12 (CI 2.79 - 1012), bei Frauen 0.44 (CI 0.09 – 2.09). Die Sensitivität dieses Tests liegt bei Männern bei 1 (CI 0.84 – 1), die Spezifität bei 4.41 (0.31 – 0.78). Die negativ prädiktiven Werte liegen in allen Gruppen über 99.15 %. Die Identifizierung der Proteine mittels Massenspektroskopie ergab, dass es sich bei den 37 – 45 kDa Banden um Isoformen oder posttranslational modifizierte Formen des GFAP (glial fibrillary acidic protein), einem Bestandteil von Neurofilamenten v.a. in Astrozyten handelt. Außerdem wurde Fructose-Bisphosphate Aldolase A und Aspartat-Aminotransferase (mitochondriale Isoform 1 Vorläufer), beides Proteine des Kohlenhydrat-Stoffwechsels und der Glykolyse, als weitere Proteine mit ebenfalls 45 kDa identifiziert. Bei dem identifizierten Protein mit dem Molekulargewicht von 160 kDa handelt es sich wahrscheinlich um Dihydropyrimidinase-related protein 2, wie GFAP ebenfalls bei der Bildung des Zytoskeletts beteiligt.
Diskussion: Autoantikörper gegen Gehirnantigene sind ein physiologisches Phänomen, das unabhängig von dem Vorliegen einer neurologischen Erkrankung besteht. Gehirnareale, die bei Parkinson besonders stark geschädigt werden, werden von dieser humoralen Autoimmunantwort besonders stark erkannt. Eine vorübergehende Permeabilisierung der Blut-Hirn-Schranke durch Infektion oder Trauma könnte den Zutritt der Autoantikörper zum Gehirn erlauben und so autoreaktive Prozesse in Gang setzen und zum Untergang dopaminerger Neuronen führen. Bei den identifizierten Proteinen handelt es sich um grundlegende Bestandteile eukaryotischer Zellen, was die Hypothese eines Art Beseitigungsmechanismus der Autoantikörper und damit die Aufgabe der Aufrechterhaltung der Homöostase darstellen könnte. Bei männlichen PD Patienten wird die 45 kDa Bande signifikant weniger stark von Auto-IgGs erkannt; dieser Mechanismus könnte somit in den männlichen PD-Patienten vermindert sein. Als Folge wäre die Ablagerung von Zelltrümmern im Gehirn vorstellbar, die dann auch langfristig eine Angriffsfläche für Autoimmunprozesse mit dem Verlust dopaminerger Neuronen bieten könnte.
Once biological systems are modeled by regulatory networks, the next step is to include external stimuli, which model the experimental possibilities to affect the activity level of certain network’s nodes, in a mathematical framework. Then, this framework can be interpreted as a mathematical optimal control framework such that optimization algorithms can be used to determine external stimuli which cause a desired switch from an initial state of the network to another final state. These external stimuli are the intervention points for the corresponding biological experiment to obtain the desired outcome of the considered experiment. In this work, the model of regulatory networks is extended to controlled regulatory networks. For this purpose, external stimuli are considered which can affect the activity of the network’s nodes by activation or inhibition. A method is presented how to calculate a selection of external stimuli which causes a switch between two different steady states of a regulatory network. A software solution based on Jimena and Mathworks Matlab is provided. Furthermore, numerical examples are presented to demonstrate application and scope of the software on networks of 4 nodes, 11 nodes and 36 nodes. Moreover, we analyze the aggregation of platelets and the behavior of a basic T-helper cell protein-protein interaction network and its maturation towards Th0, Th1, Th2, Th17 and Treg cells in accordance with experimental data.
Despite intense research efforts, a safe and effective HIV-1/AIDS vaccine still remains far away. HIV-1 escapes the humoral immune response through various mechanisms and until now, only a few nAbs have been identified. A promising strategy to identify new epitopes that may elicit such nAbs is to dissect and analyze the humoral immune response of sera with broadly reactive nAbs. The identified epitopes recognized by these antibodies might then be incorporated into a vaccine to elicit similar nAbs and thus provide protection from HIV-1 infection. Using random peptide phage display libraries, the Ruprecht laboratory has identified the epitopes recognized by polyclonal antibodies of a rhesus monkey with high-titer, broadly reactive nAbs that had been induced after infection with a SHIV encoding env of a recently transmitted HIV-1 clade C. The laboratory analyzed phage peptide inserts for conformational and linear homology with computational assistance. Several of the identified peptides mimicked domains of the original HIV-1 clade Env, such as conformational V3 loop epitopes and the conserved linear region of the gp120 C-terminus. As part of this work, these mimotopes were analyzed for cross-reactivity with other sera obtained from rhesus monkeys with nAbs and antibody recognition was shown for several mimotopes, particularly those representing the V3 loop. In addition, these mimotopes were incorporated into a novel DNA prime/phage boost strategy to analyze the immunogenicity of such phage-displayed peptides. Mice were primed only once with HIV-1 clade C gp160 DNA and subsequently boosted with mixtures of recombinant phages. This strategy was designed to focus the humoral immune response on a few, selected Env epitopes (immunofocusing) and induced HIV-1 clade C gp160 binding antibodies and cross-clade nAbs. Furthermore, the C-terminus of gp120, a conserved HIV Env region, was linked to the induction of nAbs for the first time. The identification of such conserved antigens may lead to the development of a vaccine that is capable of inducing broadly reactive nAbs that might confer protection form HIV-1 infection.
Die geplante Ausrottung der Masern bis 2020 und die damit eventuell einhergehende Beendigung der Masernimpfung könnten die Voraussetzungen dafür schaffen, dass andere Morbilliviren, wie beispielsweise das Hundestaupevirus (CDV), einen Wirtswechsel zum Menschen vollbringen könnten. CDV ist ein hoch ansteckendes Pathogen und besitzt einen weiten Wirtstropismus, der sich aktuell immer weiter ausbreitet. Im Gegensatz dazu kann das Masernvirus (MV) nahezu ausschließlich Menschen und nur sehr bedingt wenige Affenarten infizieren.
In dieser Doktorarbeit konnte gezeigt werden, dass eine Adaptierung des rekombinanten wildtypischen CDV-Stammes CDV-75/17red an den humanen Rezeptor SLAM (signaling lymphocytic activation molecule, CD150) reproduzierbar und innerhalb weniger Passagen erfolgt. Bei der Adaptierung an das humane SLAM ist dabei nur eine Mutation in dem Gen für das virale Hämagglutinin notwendig. Diese Mutation an Position 8697 von A zu G im viralen Genom (Aminosäure D540G im Hämagglutinin) konnte reproduzierbar detektiert werden, obwohl veröffentlicht wurde, dass unterschiedliche Mutationen im Hämagglutinin verschiedener CDV-Stämme eine SLAM-Adaptierung ermöglichen. Die Mutation D540G im Hämagglutinin des humanen SLAM-adaptierten CDV-A75/17red kompensiert eine negative Ladung der Aminosäure 71E, die speziesspezifisch im humanen SLAM vorhanden ist. Durch Wachstumskinetiken konnte belegt werden, dass das an humanes SLAM-adaptierte CDV-A75/17red auch weiterhin das canine SLAM effizient verwendet. Ein weiterer Eintrittsrezeptor, humanes Nectin4, konnte mit demselben CDV-Stamm ohne adaptive Mutation in den viralen Hüllproteingenen benutzt werden.
Wachstumskurven auf verschiedenen humanen B-Lymphozyten Zelllinien zeigen allerdings, dass eine alleinige Adaptierung an die humanen Wirtszellrezeptoren, für eine effiziente Virusreplikation, nicht ausreicht. Damit das CDV die Speziesbarriere durchbrechen kann, muss offenbar ein weiterer Adaptierungsprozess an die humanen Wirtszellen erfolgen, der voraussichtlich mit umfangreicheren Mutationen des viralen Genoms einhergehen würde.
Diese Ergebnisse unterstreichen, dass intrinsische Faktoren und das angeborene Immunsystem eine wichtige Barriere bilden und den Menschen vor einer CDV-Infektion schützen. Allerdings würde eine Fortführung der MV-Impfung auch nach Ausrottung der Masern, aufgrund der Kreuzreaktivität gegen andere Morbilliviren, den Schutz vor einer möglichen Adaptierung eines Morbillivirus, wie CDV, an den Menschen deutlich verstärken.
Zellstress in Form von lytischer Herpes-simplex-Virustyp-1-Infektion, Hitze und Salzstress führt dazu, dass die RNA-Polymerase II über das 3'-Ende von manchen Genen hinaus transkribiert. Dies geht bei Herpes-simplex-Virustyp-1-Infektion teilweise mit offenem Chromatin nach dem 3'-Ende einher. In dieser Arbeit wurden verschiedene Methoden getestet, um diese Effekte genomweit zu eruieren. Dabei wurden die Peak-Caller ATAC-seq-Pipeline, F-Seq, Hotspots und MACS2 getestet sowie mit der Hilfsgröße „downstream Open Chromatin Regions“ gearbeitet. Weiterhin wurde das R-Skript „Pipeline for ATAC-seq and 4sU-seq plotting“ entwickelt, mit dem sich die Dynamik der oben beschriebenen Effekte zeigen lässt: Die Offenheit des Chromatins ist bei Herpesinfektion zusätzlich zur Erhöhung nach dem 3'-Ende generell erhöht. Die Transkription der RNA-Polymerase II über das 3'-Ende hingegen nimmt nach 75k Basenpaaren rapide ab. Die Ergebnisse des R-Skripts im Bezug auf Salz und Hitzestress decken sich mit vorbeschriebener Literatur, in der gezeigt wurde, dass eine Erhöhung der Offenheit des Chromatins nach dem 3'-Ende nicht stattfindet.
Apoptose ist eine bestimmte Art des programmierten Zelltods. Dieser Prozess erfüllt zahlreiche wichtige physiologische Funktionen. Eine pathologische Dysregulation der Apoptose ist an der Entstehung etlicher Krankheiten beteiligt. Bei der Regulation der Apoptose nehmen die Bcl-2-Familienmitglieder und damit auch das anti-apoptotisches Familienmitglied A1 eine wichtige Stellung ein. Die Stabilität und anti-apoptotische Funktion von A1 wird über den Ubiquitin-Proteasomen-Weg reguliert. Hierbei ist das C-terminale Ende von A1 essentiell. Ausgangspunkt für diese Arbeit war die Hypothese, dass an den C-Terminus von A1 eine bisher unbekannte Ubiquitin-E3-Ligase bindet, verzweigte Ubiquitinketten an Lysinreste des A1-Proteins konjugiert und das Protein dadurch für den proteasomalen Abbau markiert. Durch Mutationen einzelner Lysinreste von A1 sollte untersucht werden, welche dieser Aminosäuren ubiquitinyliert werden. Damit sollte der molekulare Mechanismus, der hinter der Instabilität und der anti-apoptotischen Funktion steckt, weiter charakterisiert werden. In dieser Arbeit wurden insgesamt 11 Mutanten des A1-Proteins hergestellt, bei denen die 11 Lysinreste von A1 gruppenweise zu Argininresten (K-A1-Mutanten) ausge-tauscht wurden. Der Austausch von Lysin zu Arginin wurde gewählt, weil hierdurch die Ladung an der entsprechenden Position des Proteins gleich bleibt, während eine Konjugation von Ubiquitin an Arginin nicht möglich ist. Im Ergebnis zeigte sich, dass das A1-Protein nicht nur an einzelnen, ganz spezifischen Lysinen, sondern an allen oder doch zumindest den meisten seiner 11 Lysine ubiquitinyliert werden kann, denn es ergaben sich bei den K-A1-Mutanten keine signifikanten Unterschiede in Stärke oder Muster ihrer Ubiquitinylierung. Es müssen also nicht einige wenige Lysine notwendigerweise ubiquitinyliert werden, um A1 zu destabilisieren, sondern die Ubiquitinylierung ganz unterschiedlicher Lysine markiert das Protein für den proteasomalen Abbau. Auch hat der Verlust bestimmter Lysingruppen und damit potentieller Ubiquitinylierungsstellen keinen signifikanten Einfluss auf die anti-apoptotische Funktion des A1-Proteins. Zusammengefasst unterstützen die Ergebnisse die Hypothese, dass eine bisher nicht bekannte Ubiquitin-E3-Ligase sowohl die Stabilität als auch die anti-apoptotische Funktion von A1 reguliert, indem sie verzweigte Ubiquitinketten an (fast) alle Lysine des Protein anhängt und das Protein damit für den proteasomalen Abbau markiert.
In multizellulären Organismen ist die Apoptose, eine Art des programmierten Zelltods, ein hoch spezifischer, natürlicher Prozess um unerwünschte, überschüssige oder beschädigte Zellen auf einem geordneten, nicht entzündlichen, Weg zu beseitigen. Auch im menschlichen Körper werden täglich Milliarden an Zellen durch Apoptose abgebaut. Dadurch kann der Organismus die Zellzahl und Gewebegröße regulieren. Eine Fehlregulation der Apoptose kann weitreichende Konsequenzen haben. Während es bei einer unzureichenden Apoptose zu Autoimmunität und Tumoren kommen kann, führt ein gesteigerter Zelltod zu Immunschwäche oder akuten und chronischen degenerativen Erkrankungen. Aus diesem Grund ist die Erforschung der genauen Regulation des programmierten Zelltods von großer Bedeutung. Die Mitochondrien spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulation des programmierten Zelltods. Während des Ablaufs der Apoptose kommt es zur Freisetzung von Mediatoren der Apoptose aus diesen Organellen. Diese Moleküle sind dann an der Aktivierung von Caspasen beteiligt, welche die Degradation von Proteinen und als Folge davon der DNA bewerkstelligen. Die Proteine der Bcl-2 Familie, zu der pro- und anti-apoptotische Mitglieder gehören, kontrollieren die Integrität der Mitochondrien hauptsächlich durch Protein-Protein und Protein-Membran Interaktionen. Viele anti-apoptotische Mitglieder der Bcl-2 Familie sind mittels einer C-terminalen Transmembrandomäne in der Lage an die äußere Mitochondrienmembran zu binden. A1, ein anti-apoptotisches Mitglied dieser Proteinfamilie, besitzt allerdings keine typische Transmembrandomäne. Die Funktion und Lokalisation des Proteins werden sehr kontrovers diskutiert. Daher ist das Ziel dieser Arbeit, die Lokalisation und Funktion von A1 zu analysieren. Um ein umfassendes Bild zu bekommen, wandten wir gentechnische Methoden zur Modifizierung des A1 C-Terminus an. Die intrazelluläre Lokalisation des Proteins wurde mittels konfokaler Mikroskopie untersucht. Die Bedeutung des proteasomalen Abbaus von A1 wurde schließlich durch Inhibitionsexperimente charakterisiert. Durch eine Fusion des C-terminalen Endes von A1 mit dem „enhanced green fluorescent protein“ haben wir die Funktion und Lokalisierungseigenschaften des A1 C-terminus mittels Durchflusszytometrie und konfokaler Mikroskopie untersucht. Wir konnten zeigen, dass das C-terminale Ende das so entstandene chimäre Protein deutlich destabilisieren konnte. Eine Blockade des proteasomalen Abbaus führte zu einer Stabilisierung des Fusionsproteins. Des Weiteren konnte in der konfokalen Mikroskopie eine diffuse Verteilung des chimären Proteins in 293T Zellen nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass das C-terminale Ende von A1 keine Lokalisation an spezifische intrazelluläre Organellen vermitteln kann, jedoch für die Instabilität und den proteasomalen Abbau des Proteins verantwortlich ist. Eine Analyse der Lokalisation des Gesamtproteins A1 in 293T Zellen mittels konfokaler Mikroskopie konnte eine Verteilung von A1 zugunsten des Zytoplasmas mit Anreicherung an den Mitochondrien nachweisen. Obwohl das C-terminale Ende von A1 für sich keine spezifische intrazelluläre Lokalisation vermittelt, zeigte das Protein eine Kolokalisation an den Mitochondrien. Somit scheinen noch andere N-terminale Bereiche des Proteins an der Lokalisation von A1 beteiligt zu sein. Zusammenfassend konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass der C-Terminus von A1 eine wichtige Rolle für die Stabilität des anti-apoptotischen Bcl-2 Familienmitglieds spielt.
Analyse der Expression und möglicher signalinduzierender Eigenschaften des CD1d-Moleküls der Ratte
(2010)
Wie MHC Klasse I und II-Moleküle präsentieren CD1d-Moleküle dem TCR Antigene, allerdings Lipide und Glykolipide und nicht Proteinfragmente. Die Entdeckung der massiven TH1- und TH2-Zytokinproduktion von Typ I-NKT-Zellen nach CD1d-vermittelter Erkennung von α-Galactosylceramid, einem aus dem Meeresschwamm gewonnenen Glykosphingolipid, weckte großes Interesse an ihrem immunregulatorischen Potential und ihrem möglichen Nutzen für neue Immun- und Tumortherapien. Um die Funktion und die Bedeutung von CD1d besser zu verstehen, wurden in dieser Arbeit die Expressionslevel der lymphatischen Gewebe der Ratte und der Maus untersucht. Hierfür wurden die neu generierten monoklonalen Antikörper 232 und 58/4 verwendet, die die CD1d-Moleküle von Ratte und Maus binden und so den direkten Vergleich beider Spezies ermöglichen. Sowohl die isolierten Zellen des Thymus und der Milz als auch des Lymphknotens waren in der LEW- und F344-Ratte sowie in der BALB/c-Maus schwach bis stark CD1d positiv. In der LEW-Ratte und in der F344-Ratte wiesen jeweils ca. 18% der Milzzellen eine vergleichsweise erhöhte CD1d-Expression auf. Dabei handelte es sich in erster Linie um Marginalzonen-B-Zellen. Bestimmte Subpopulationen der Dendritischen Zellen und vermutlich Makrophagen stellten die restlichen CD1d stark positiven Populationen dar. Nur ca. 2% der isolierten Zellen der Lymphknoten der LEW-Ratte waren stark CD1d positiv, wohingegen der LEW-Thymus gemäß dem noch geringeren Anteil an APC kaum Zellen mit erhöhter CD1d-Expression enthielt. In der BALB/c-Maus war der Anteil CD1d stark positiver Milzzellen mit 4% deutlich geringer als in der LEW- oder F344-Milz. Abgesehen von MZ-B-Zellen konnten in der Maus kaum Populationen mit starker CD1d-Expression in den verschiedenen Färbungen festgestellt werden. Demnach stellt CD1d sowohl in der Ratte als auch in der Maus einen guten Marker für MZ-B-Zellen dar. Demgegenüber zeigten vereinzelt kleine Populationen der Milz, des Lymphknotens und des Thymus beider Spezies eine verminderte oder gar keine CD1d-Expression. Zur Analyse möglicher signalinduzierender Eigenschaften der verschiedenen Anti- CD1d-Antikörper wurden ihre Effekte auf rCD1d+ Transduktanten und primäre Zellen untersucht. 58/4 konnte im Gegensatz zu 232 spezifisch über Bindung an Ratten- CD1d Zelltod und Aggregatbildung in Tumor-B-Zellen des Menschen und der Maus, aber nicht in Tumor-T-Zellen, induzieren. Der zytoplasmatische Schwanz der CD1d-Moleküle scheint an der Aggregatbildung beteiligt zu sein. Die Bindung von 58/4 oder 232 führte in überlebenden rCD1d+ Raji-Zellen zu einer ähnlich starken Internalisierung der CD1d-Moleküle. Während nach 5-stündiger Inkubation mit 232 und erneuter CD1d-Färbung wieder die vorherige CD1d- Expression festgestellt wurde, konnte nach Inkubation mit 58/4 eine bleibende Herunterregulierung beobachtet werden. Folglich bewirkte 58/4 ein anderes bzw. stärkeres Signal in den Zellen als 232. Diese Beobachtungen stützen die Signaltransduktion als mögliche weitere Funktion der CD1d-Moleküle neben der Antigenpräsentation und definieren die monoklonalen Antikörper 232 und 58/4 als nützliche Werkzeuge für weitere Studien zur Analyse der molekularen Mechanismen der CD1d-vermittelten Signaltransduktion. Das Verständnis solcher Mechanismen bildet wiederum die Grundlage für die Entwicklung neuer Therapien z. B. zur Eliminierung CD1d exprimierender Tumore.
About 1–5% of human blood T cells are Vγ9Vδ2 T cells. Their hallmark is the expression of T cell antigen receptors (TCR) whose γ-chains contain a rearrangement of Vγ9 with JP (TRGV9JP or Vγ2Jγ1.2) and are paired with Vδ2 (TRDV2)-containing δ-chains. These TCRs respond to phosphoantigens (PAg) such as (E)-4-hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate (HMBPP), which is found in many pathogens, and isopentenyl pyrophosphate (IPP), which accumulates in certain tumors or cells treated with aminobisphosphonates such as zoledronate. Until recently, these cells were believed to be restricted to primates, while no such cells are found in rodents. The identification of three genes pivotal for PAg recognition encoding for Vγ9, Vδ2, and butyrophilin (BTN) 3 in various non-primate species identified candidate species possessing PAg-reactive Vγ9Vδ2 T cells. Here, we review the current knowledge of the molecular basis of PAg recognition. This not only includes human Vγ9Vδ2 T cells and the recent discovery of BTN2A1 as Vγ9-binding protein mandatory for the PAg response but also insights gained from the identification of functional PAg-reactive Vγ9Vδ2 T cells and BTN3 in the alpaca and phylogenetic comparisons. Finally, we discuss models of the molecular basis of PAg recognition and implications for the development of transgenic mouse models for PAg-reactive Vγ9Vδ2 T cells.
In invertebrates, small interfering RNAs are at the vanguard of cell-autonomous antiviral immunity. In contrast, antiviral mechanisms initiated by interferon (IFN) signaling predominate in mammals. Whilst mammalian IFN-induced miRNA are known to inhibit specific viruses, it is not known whether host-directed microRNAs, downstream of IFN-signaling, have a role in mediating broad antiviral resistance. By performing an integrative, systematic, global analysis of RNA turnover utilizing 4-thiouridine labeling of newly transcribed RNA and pri/pre-miRNA in IFN-activated macrophages, we identify a new post-transcriptional viral defense mechanism mediated by miR-342-5p. On the basis of ChIP and site-directed promoter mutagenesis experiments, we find the synthesis of miR-342-5p is coupled to the antiviral IFN response via the IFN-induced transcription factor, IRF1. Strikingly, we find miR-342-5p targets mevalonate-sterol biosynthesis using a multihit mechanism suppressing the pathway at different functional levels: transcriptionally via SREBF2, post-transcriptionally via miR-33, and enzymatically via IDI1 and SC4MOL. Mass spectrometry-based lipidomics and enzymatic assays demonstrate the targeting mechanisms reduce intermediate sterol pathway metabolites and total cholesterol in macrophages. These results reveal a previously unrecognized mechanism by which IFN regulates the sterol pathway. The sterol pathway is known to be an integral part of the macrophage IFN antiviral response, and we show that miR-342-5p exerts broad antiviral effects against multiple, unrelated pathogenic viruses such Cytomegalovirus and Influenza A (H1N1). Metabolic rescue experiments confirm the specificity of these effects and demonstrate that unrelated viruses have differential mevalonate and sterol pathway requirements for their replication. This study, therefore, advances the general concept of broad antiviral defense through multihit targeting of a single host pathway.
The role of the thymus in the pathogenesis of simian acquired immunodeficiency syndrome was investigated in 18 juvenile rhesus monkeys (Macaca mulatta). The thymus was infected from the first week post-SIVmac inoculation, but the amount of virus-positive cells was very low « 1 in 1 04 T cells) as demonstrated by polymerase chain reaction and in situ hybridization. First morphological alteration was a narrowing of the cortex at 12 and 24 wpi. Morphometry revealed no increase of pyknotic T cells but a decrease of the proliferation rate andflow cytometry showed a reduction of the immature \(CD4^+/CD8^+\) double-positive T cells. Ultrastructural analysis revealed vacuolization, shrinkage, andfinally cytolysis of the cortical epithelial cells and the interdigitating dendritic cells. Immunofluorescence staining exhibited a widespread loss of cortical epithelial cells. This damage to the thymic microenvironment could explain the breakdown of the intrathymic T cell proliferation. It preceded fully developed simian acquired immunodeficiency syndrome and is therefore considered to play a major role in its pathogenesis.
Transcription describes the process of converting the information contained in DNA into RNA. Although, tremendous progress has been made in recent decades to uncover this complex mechanism, it is still not fully understood. Given the advances and reduction in cost of high-throughput sequencing experiments, more and more data have been generated to help elucidating this complex process. Importantly, these sequencing experiments produce massive amounts of data that are incomprehensible in their raw form for humans. Further, sequencing techniques are not always 100% accurate and are subject to a certain degree of variability and, in special cases, they might introduce technical artifacts. Thus, computational and statistical methods are indispensable to uncover the information buried in these datasets.
In this thesis, I worked with multiple high throughput datasets from herpes simplex virus 1 (HSV-1) and human cytomegalovirus (HCMV) infections. During the last decade, it has became clear that a gene might not have a single, but multiple sites at which transcription initiates. These multiple transcription start sites (TiSS) demonstrated to have regulatory effects on the gene itself depending on which TiSS is used. Specialized experimental approaches were developed to help identify TiSS (TiSS-profiling). In order to facilitate the identification of all potential TiSS that are used for cell type- and condition-specific transcription, I developed the tool iTiSS. By using a new general enrichment-based approach to predict TiSS, iTiSS proved to be applicable in integrated studies and made it less prone to false positives compared to other TiSS-calling tools. Another improvement in recent years was made in metabolic labeling experiments such as SLAM-seq. Here, they removed the time consuming and laborious step of physically separating new from old RNA in the samples. This was achieved by inducing specific nucleotide conversions in newly synthesized RNA that are later visible in the data. Consequently, the separation of new and old RNA is now done computationally and, hence, tools are needed that accurately quantify these fold-changes. My second tool that I developed, called GRAND-SLAM proved to be capable to accomplish this task and outperform competing programs. As both of my tools, iTiSS and GRAND-SLAM are not specifically tailored to my own goals, but could also facilitate the research of other groups in this field, I made them publicly available on GitHub.
I applied my tools to datasets generated in our lab as well as to publicly available data sets from HSV-1 and HCMV, respectively. For HSV-1, I was able to predict and validate TiSS with nucleotide precision using iTiSS. This has lead to the most comprehensive annotation for HSV-1 to date, which now serves as the fundamental basis of any future transcriptomic research on HSV-1. By combining both my tools, I was further able to uncover parts of the highly complex gene kinetics in HCMV and to resolve the limitations caused by the densely packed genome of HCMV.
With the ever-increasing advances in sequencing techniques and their decrease in cost, the amounts of data produced will continue to rise massively in the future. Additionally, more and more specialized omics approaches are appearing, calling for new tools to leverage their full information potential. Consequently, it has become apparent that specialized computational tools such as iTiSS and GRAND-SLAM are needed and will become an essential and indispensable part of the analysis.
Background
Ovarian cancer (OvCA) tissues show abundant expression of the ectonucleotidases CD39 and CD73 which generate immunomodulatory adenosine, thereby inhibiting cytotoxic lymphocytes. Little, however, is known about the effect of adenosine on myeloid cells. Considering that tumor associated macrophages (TAM) and myeloid-derived suppressor cells (MDSC) constitute up to 20 % of OvCA tissue, we investigated the effect of adenosine on myeloid cells and explored a possible contribution of myeloid cells to adenosine generation in vitro and ex vivo.
Methods
Monocytes were used as human blood-derived myeloid cells. After co-incubation with SK-OV-3 or OAW-42 OvCA cells, monocyte migration was determined in transwell assays. For conversion into M2-polarized “TAM-like” macrophages, monocytes were co-incubated with OAW-42 cells. Ex vivo TAMs were obtained from OvCA ascites. Macrophage phenotypes were investigated by intracellular staining for IL-10 and IL-12. CD39 and CD73 expression were assessed by FACS analysis both on in vitro-induced TAM-like macrophages and on ascites-derived ex situ-TAMs. Myeloid cells in solid tumor tissue were analyzed by immunohistochemistry. Generation of biologically active adenosine by TAM-like macrophages was measured in luciferase-based reporter assays. Functional effects of adenosine were investigated in proliferation-experiments with CD4+ T cells and specific inhibitors.
Results
When CD39 or CD73 activity on OvCA cells were blocked, the migration of monocytes towards OvCA cells was significantly decreased. In vivo, myeloid cells in solid ovarian cancer tissue were found to express CD39 whereas CD73 was mainly detected on stromal fibroblasts. Ex situ-TAMs and in vitro differentiated TAM-like cells, however, upregulated the expression of CD39 and CD73 compared to monocytes or M1 macrophages. Expression of ectonucleotidases also translated into increased levels of biologically active adenosine. Accordingly, co-incubation with these TAMs suppressed CD4+ T cell proliferation which could be rescued via blockade of CD39 or CD73.
Conclusion
Adenosine generated by OvCA cells likely contributes to the recruitment of TAMs which further amplify adenosine-dependent immunosuppression via additional ectonucleotidase activity. In solid ovarian cancer tissue, TAMs express CD39 while CD73 is found on stromal fibroblasts. Accordingly, small molecule inhibitors of CD39 or CD73 could improve immune responses in ovarian cancer.
Aims
It has been hypothesized that cardiac decompensation accompanying acute heart failure (AHF) episodes generates a pro-inflammatory environment boosting an adaptive immune response against myocardial antigens, thus contributing to progression of heart failure (HF) and poor prognosis. We assessed the prevalence of anti-myocardial autoantibodies (AMyA) as biomarkers reflecting adaptive immune responses in patients admitted to the hospital for AHF, followed the change in AMyA titres for 6 months after discharge, and evaluated their prognostic utility.
Methods and results
AMyA were determined in n = 47 patients, median age 71 (quartiles 60; 80) years, 23 (49%) female, and 24 (51%) with HF with preserved ejection fraction, from blood collected at baseline (time point of hospitalization) and at 6 month follow-up (visit F6). Patients were followed for 18 months (visit F18). The prevalence of AMyA increased from baseline (n = 21, 45%) to F6 (n = 36, 77%; P < 0.001). At F6, the prevalence of AMyA was higher in patients with HF with preserved ejection fraction (n = 21, 88%) compared with patients with reduced ejection fraction (n = 14, 61%; P = 0.036). During the subsequent 12 months after F6, that is up to F18, patients with newly developed AMyA at F6 had a higher risk for the combined endpoint of death or rehospitalization for HF (hazard ratio 4.79, 95% confidence interval 1.13–20.21; P = 0.033) compared with patients with persistent or without AMyA at F6.
Conclusions
Our results support the hypothesis that AHF may induce patterns of adaptive immune responses. More studies in larger populations and well-defined patient subgroups are needed to further clarify the role of the adaptive immune system in HF progression.
Early-life infections and associated neuroinflammation is incriminated in the pathogenesis of various mood disorders. Infection with human roseoloviruses, HHV-6A and HHV-6B, allows viral latency in the central nervous system and other tissues, which can later be activated causing cognitive and behavioral disturbances. Hence, this study was designed to evaluate possible association of HHV-6A and HHV-6B activation with three different groups of psychiatric patients. DNA qPCR, immunofluorescence and FISH studies were carried out in post-mortem posterior cerebellum from 50 cases each of bipolar disorder (BPD), schizophrenia, 15 major depressive disorder (MDD) and 50 appropriate control samples obtained from two well-known brain collections (Stanley Medical Research Institute). HHV-6A and HHV-6B late proteins (indicating active infection) and viral DNA were detected more frequently (p < 0.001 for each virus) in human cerebellum in MDD and BPD relative to controls. These roseolovirus proteins and DNA were found less frequently in schizophrenia cases. Active HHV-6A and HHV-6B infection in cerebellar Purkinje cells were detected frequently in BPD and MDD cases. Furthermore, we found a significant association of HHV-6A infection with reduced Purkinje cell size, suggesting virus-mediated abnormal Purkinje cell function in these disorders. Finally, gene expression analysis of cerebellar tissue revealed changes in pathways reflecting an inflammatory response possibly to HHV-6A infection. Our results provide molecular evidence to support a role for active HHV-6A and HHV-6B infection in BPD and MDD.
Acetylsalicylic acid and salicylic acid inhibit SARS-CoV-2 replication in precision-cut lung slices
(2022)
Aspirin, with its active compound acetylsalicylic acid (ASA), shows antiviral activity against rhino- and influenza viruses at high concentrations. We sought to investigate whether ASA and its metabolite salicylic acid (SA) inhibit SARS-CoV-2 since it might use similar pathways to influenza viruses. The compound-treated cells were infected with SARS-CoV-2. Viral replication was analysed by RTqPCR. The compounds suppressed SARS-CoV-2 replication in cell culture cells and a patient-near replication system using human precision-cut lung slices by two orders of magnitude. While the compounds did not interfere with viral entry, it led to lower viral RNA expression after 24 h, indicating that post-entry pathways were inhibited by the compounds.
Background
Measles virus (MV) causes T cell suppression by interference with phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) activation. We previously found that this interference affected the activity of splice regulatory proteins and a T cell inhibitory protein isoform was produced from an alternatively spliced pre-mRNA.
Hypothesis
Differentially regulated and alternatively splice variant transcripts accumulating in response to PI3K abrogation in T cells potentially encode proteins involved in T cell silencing.
Methods
To test this hypothesis at the cellular level, we performed a Human Exon 1.0 ST Array on RNAs isolated from T cells stimulated only or stimulated after PI3K inhibition. We developed a simple algorithm based on a splicing index to detect genes that undergo alternative splicing (AS) or are differentially regulated (RG) upon T cell suppression.
Results
Applying our algorithm to the data, 9% of the genes were assigned as AS, while only 3% were attributed to RG. Though there are overlaps, AS and RG genes differed with regard to functional regulation, and were found to be enriched in different functional groups. AS genes targeted extracellular matrix (ECM)-receptor interaction and focal adhesion pathways, while RG genes were mainly enriched in cytokine-receptor interaction and Jak-STAT. When combined, AS/RG dependent alterations targeted pathways essential for T cell receptor signaling, cytoskeletal dynamics and cell cycle entry.
Conclusions
PI3K abrogation interferes with key T cell activation processes through both differential expression and alternative splicing, which together actively contribute to T cell suppression.
Foamyviren (FVs) sind die genetisch stabilsten Viren der Retrovirus-Familie. Dies steht im Gegensatz zur Fehlerrate, die für die rekombinante FV Reverse Transkriptase (RT) gefunden wurde. Um die Genauigkeit der FV Genomreplikation in vivo zu ermitteln, analysierten wir das Auftreten von Mutationen nach FV-Vektortransfer in einer einzigen Replikationsrunde. Die Sequenzanalyse von mehr als 90000 Nukleotiden ergab 39 Mutationen. Dies entspricht einer Fehlerrate von ungefähr 4 x 10-4 pro Base und Replikationszyklus, wobei alle Mutationen Transitionen von G zu A waren. Eine schwache Expression von APOBEC-Enzymen in den vektorproduzierenden Zellen konnte als wahrscheinlichste Ursache für diesen Typ an Mutationen nachgewiesen werden. Das akzessorische FV Bet Protein wirkt APOBEC entgegen. Kotransfektion von Zellen mit einem bet-Expressionsplasmid resultierte in einer signifikanten Reduktion an Mutationen bei über 170000 zusätzlich sequenzierten Basen. Zwei Mutationen konnten nicht der APOBEC-Aktivität zugeschrieben werden, deshalb postulieren wir eine idealisierte FV-Mutationsrate von angenähert 7,5 x 10-6 pro Base und Replikationszyklus. Im Gegensatz zu in vitro-Analysen wurde nur eine einzige Deletion und keine Insertion bei mehr als 260000 sequenzierten Basen identifiziert. Die Analyse der Rekombinationsrate von FV-Vektorgenomen ergab mehr als ein zusätzliches Template-Switching-Ereignis pro reverser Transkription. Wir konnten auch zeigen, dass ein bestimmtes FV-Partikel in der Lage zum Crosstransfer eines heterologen FV-Genoms ist, jedoch mit einer reduzierten Effizienz als bei Verwendung des homologen Vektors. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse einerseits, dass das Kopieren des FV-Genoms mit höherer Genauigkeit geschieht als bisher angenommen, auf der anderen Seite ist Rekombination bei FV-Genomen wahrscheinlich.
A Review of the Multipronged Attack of Herpes Simplex Virus 1 on the Host Transcriptional Machinery
(2021)
During lytic infection, herpes simplex virus (HSV) 1 induces a rapid shutoff of host RNA synthesis while redirecting transcriptional machinery to viral genes. In addition to being a major human pathogen, there is burgeoning clinical interest in HSV as a vector in gene delivery and oncolytic therapies, necessitating research into transcriptional control. This review summarizes the array of impacts that HSV has on RNA Polymerase (Pol) II, which transcribes all mRNA in infected cells. We discuss alterations in Pol II holoenzymes, post-translational modifications, and how viral proteins regulate specific activities such as promoter-proximal pausing, splicing, histone repositioning, and termination with respect to host genes. Recent technological innovations that have reshaped our understanding of previous observations are summarized in detail, along with specific research directions and technical considerations for future studies.
Background:
The foamy viral genome encodes four central purine-rich elements localized in the integrase-coding region of pol. Previously, we have shown that the first two of these RNA elements (A and B) are required for protease dimerization and activation. The D element functions as internal polypurine tract during reverse transcription. Peters et al., described the third element (C) as essential for gag expression suggesting that it might serve as an RNA export element for the unspliced genomic transcript.
Results:
Here, we analysed env splicing and demonstrate that the described C element composed of three GAA repeats known to bind SR proteins regulates env splicing, thus balancing the amount of gag/pol mRNAs. Deletion of the C element effectively promotes a splice site switch from a newly identified env splice acceptor to the intrinsically strong downstream localised env 3′ splice acceptor permitting complete splicing of almost all LTR derived transcripts. We provide evidence that repression of this env splice acceptor is a prerequisite for gag expression. This repression is achieved by the C element, resulting in impaired branch point recognition and SF1/mBBP binding. Separating the branch point from the overlapping purine-rich C element, by insertion of only 20 nucleotides, liberated repression and fully restored splicing to the intrinsically strong env 3′ splice site. This indicated that the cis-acting element might repress splicing by blocking the recognition of essential splice site signals.
Conclusions:
The foamy viral purine-rich C element regulates splicing by suppressing the branch point recognition of the strongest env splice acceptor. It is essential for the formation of unspliced gag and singly spliced pol transcripts.
The adaptive immune system is known to provide highly specific and effective immunity against a broad variety of pathogens due to different effector cells. The most prominent are CD4+ T-cells which differentiate after activation into distinct subsets of effector and memory cells, amongst others T helper 1 (Th1) cells. We have recently shown that mouse as well as human Th1 cells depend on T cell receptor (TCR) signals concomitant with CD28 costimulation in order to secrete interferon (IFN) which is considered as their main effector function. Moreover, there is a class of anti-CD28 monoclonal antibodies that is able to induce T cell (re-)activation without concomitant TCR ligation. These so-called CD28-superagonists (CD28-SA) have been shown to preferentially activate and expand CD4+ Foxp3+ regulatory T (Treg) cells and thereby efficaciously conferring protection e.g. against autoimmune responses in rodents and non-human primates. Considering this beneficial effect, CD28-SA were thought to be of great impact for immunotherapeutic approaches and a humanized CD28-SA was subjected to clinical testing starting with a first-in-man trial in London in 2006. Unexpectedly, the volunteers experienced life-threatening side effects due to a cytokine release syndrome (CRS) that was unpredicted by the preclinical studies prior to the trial. Retrospectively, CD4+ memory T cells within the tissues were identified as source of pro-inflammatory cytokines released upon CD28-SA administration. This was not predicted by the preclinical testing indicating a need for more reliable and predictive animal models. Whether mouse CD4+ T cells are generally irresponsive to CD28-SA stimulation or rather the lack of a bona fide memory T cell compartment in cleanly housed specific-pathogen-free (SPF) mice is the reason why the rodent models failed to predict the risk for a CRS remained unclear. To provide SPF mice with a true pool of memory/effector T cells, we transferred in vitro differentiated TCR-transgenic OT-II Th1 cells into untreated recipient mice. Given that Treg cells suppress T cell activation after CD28- SA injection in vivo, recipients were either Treg-competent or Treg-deficient, wild type or DEREG mice, respectively. Subsequent CD28-SA administration resulted in induction of systemic pro-inflammatory cytokine release, dominated by IFN, that was observed to be much more pronounced and robust in Treg-deficient recipients. Employing a newly established in vitro system mirroring the in vivo responses to CD28-SA stimulation of Th1 cells revealed that antigen-presenting cells (APCs) amplify CD28-SAinduced IFN release by Th1 cells due to CD40/CD40L-interactions. Thus, these data are the first to show that mouse Th1 cells are indeed sensitive to CD28-SA stimulation in vivo and in vitro responding with strong IFN release accompanied by secretion of further pro-inflammatory cytokines, which is compatible with a CRS. In conclusion, this study will facilitate preclinical testing of immunomodulatory agents providing a mouse model constituting more “human-like” conditions allowing a higher degree of reliability and translationability.
Background: Hypnales comprise over 50% of all pleurocarpous mosses. They provide a young radiation complicating phylogenetic analyses. To resolve the hypnalean phylogeny, it is necessary to use a phylogenetic marker providing highly variable features to resolve species on the one hand and conserved features enabling a backbone analysis on the other. Therefore we used highly variable internal transcribed spacer 2 (ITS2) sequences and conserved secondary structures, as deposited with the ITS2 Database, simultaneously. Findings: We built an accurate and in parts robustly resolved large scale phylogeny for 1,634 currently available hypnalean ITS2 sequence-structure pairs. Conclusions: Profile Neighbor-Joining revealed a possible hypnalean backbone, indicating that most of the hypnalean taxa classified as different moss families are polyphyletic assemblages awaiting taxonomic changes.
Both, jawless and jawed vertebrates possess three lymphocyte lineages defined by highly diverse antigen receptors: Two T‐cell‐ and one B‐cell‐like lineage. In both phylogenetic groups, the theoretically possible number of individual antigen receptor specificities can even outnumber that of lymphocytes of a whole organism. Despite fundamental differences in structure and genetics of these antigen receptors, convergent evolution led to functional similarities between the lineages. Jawed vertebrates possess αβ and γδ T‐cells defined by eponymous αβ and γδ T‐cell antigen receptors (TCRs). “Conventional” αβ T‐cells recognize complexes of Major Histocompatibility Complex (MHC) class I and II molecules and peptides. Non‐conventional T‐cells, which can be αβ or γδ T‐cells, recognize a large variety of ligands and differ strongly in phenotype and function between species and within an organism. This review describes similarities and differences of non‐conventional T‐cells of various species and discusses ligands and functions of their TCRs. A special focus is laid on Vγ9Vδ2 T‐cells whose TCRs act as sensors for phosphorylated isoprenoid metabolites, so‐called phosphoantigens (PAg), associated with microbial infections or altered host metabolism in cancer or after drug treatment. We discuss the role of butyrophilin (BTN)3A and BTN2A1 in PAg‐sensing and how species comparison can help in a better understanding of this human Vγ9Vδ2 T‐cell subset.
Butyrophilin (BTN)–3A and BTN2A1 molecules control the activation of human Vγ9Vδ2 T cells during T cell receptor (TCR)-mediated sensing of phosphoantigens (PAg) derived from microbes and tumors. However, the molecular rules governing PAg sensing remain largely unknown. Here, we establish three mechanistic principles of PAg-mediated γδ T cell activation. First, in humans, following PAg binding to the intracellular BTN3A1-B30.2 domain, Vγ9Vδ2 TCR triggering involves the extracellular V-domain of BTN3A2/BTN3A3. Moreover, the localization of both protein domains on different chains of the BTN3A homo-or heteromers is essential for efficient PAg-mediated activation. Second, the formation of BTN3A homo-or heteromers, which differ in intracellular trafficking and conformation, is controlled by molecular interactions between the juxtamembrane regions of the BTN3A chains. Finally, the ability of PAg not simply to bind BTN3A-B30.2, but to promote its subsequent interaction with the BTN2A1-B30.2 domain, is essential for T-cell activation. Defining these determinants of cooperation and the division of labor in BTN proteins improves our understanding of PAg sensing and elucidates a mode of action that may apply to other BTN family members.
Background
Anthocyanin-containing plant extracts and carotenoids, such as astaxanthin, have been well-known for their antiviral and anti-inflammatory activity, respectively. We hypothesised that a mixture of Ribes nigrum L. (Grossulariaceae) (common name black currant (BC)) and Vaccinium myrtillus L. (Ericaceae) (common name bilberry (BL)) extracts (BC/BL) with standardised anthocyanin content as well as single plant extracts interfered with the replication of Measles virus and Herpesviruses in vitro.
Methods
We treated cell cultures with BC/BL or defined single plant extracts, purified anthocyanins and astaxanthin in different concentrations and subsequently infected the cultures with the Measles virus (wild-type or vaccine strain Edmonston), Herpesvirus 1 or 8, or murine Cytomegalovirus. Then, we analysed the number of infected cells and viral infectivity and compared the data to non-treated controls.
Results
The BC/BL extract inhibited wild-type Measles virus replication, syncytia formation and cell-to-cell spread. This suppression was dependent on the wild-type virus-receptor-interaction since the Measles vaccine strain was unaffected by BC/BL treatment. Furthermore, the evidence was provided that the delphinidin-3-rutinoside chloride, a component of BC/BL, and purified astaxanthin, were effective anti-Measles virus compounds. Human Herpesvirus 1 and murine Cytomegalovirus replication was inhibited by BC/BL, single bilberry or black currant extracts, and the BC/BL component delphinidin-3-glucoside chloride. Additionally, we observed that BC/BL seemed to act synergistically with aciclovir. Moreover, BC/BL, the single bilberry and black currant extracts, and the BC/BL components delphinidin-3-glucoside chloride, cyanidin-3-glucoside, delphinidin-3-rutinoside chloride, and petunidin-3-galactoside inhibited human Herpesvirus 8 replication.
Conclusions
Our data indicate that Measles viruses and Herpesviruses are differentially susceptible to a specific BC/BL mixture, single plant extracts, purified anthocyanins and astaxanthin. These compounds might be used in the prevention of viral diseases and in addition to direct-acting antivirals, such as aciclovir.
The role of regulatory T cells (Tregs) in bacterial sepsis remains controversial because antibody-mediated depletion experiments gave conflicting results. We employed DEREG mice (DEpletion of REGulatory T cells) and a caecal ligation and puncture model to elucidate the role of \(CD4^+Foxp3^+\) Tregs in sepsis. In DEREG mice natural Tregs can be visualized easily and selectively depleted by diphtheria toxin because the animals express the diphtheria toxin receptor and enhanced green fluorescent protein as a fusion protein under the control of the foxp3 locus. We confirmed rapid Treg-activation and an increased ratio of Tregs to Teffs in sepsis. Nevertheless, 24 h after sepsis induction, Treg-depleted and control mice showed equally strong inflammation, immune cell immigration into the peritoneum and bacterial dissemination. During the first 36 h of disease survival was not influenced by Treg-depletion. Later, however, only Treg-competent animals recovered from the insult. We conclude that the suppressive capacity of Tregs is not sufficient to control overwhelming inflammation and early mortality, but is a prerequisite for the recovery from severe sepsis.
1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25D3) was reported to induce premature organismal aging in fibroblast growth factor-23 (Fgf23) and klotho deficient mice, which is of main interest as 1,25D3 supplementation of its precursor cholecalciferol is used in basic osteoporosis treatment. We wanted to know if 1,25D3 is able to modulate aging processes on a cellular level in human mesenchymal stem cells (hMSC). Effects of 100 nM 1,25D3 on hMSC were analyzed by cell proliferation and apoptosis assay, beta-galactosidase staining, VDR and surface marker immunocytochemistry, RT-PCR of 1,25D3-responsive, quiescence-and replicative senescence-associated genes. 1,25D3 treatment significantly inhibited hMSC proliferation and apoptosis after 72 h and delayed the development of replicative senescence in long-term cultures according to beta-galactosidase staining and P16 expression. Cell morphology changed from a fibroblast like appearance to broad and rounded shapes. Long term treatment did not induce lineage commitment in terms of osteogenic pathways but maintained their clonogenic capacity, their surface marker characteristics (expression of CD73, CD90, CD105) and their multipotency to develop towards the chondrogenic, adipogenic and osteogenic pathways. In conclusion, 1,25D3 delays replicative senescence in primary hMSC while the pro-aging effects seen in mouse models might mainly be due to elevated systemic phosphate levels, which propagate organismal aging.