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Immune checkpoint blockade therapy is beneficial and even curative for some cancer patients. However, the majority don’t respond to immune therapy. Across different tumor types, pre-existing T cell infiltrates predict response to checkpoint-based immunotherapy. Based on in vitro pharmacological studies, mouse models and analyses of human melanoma patients, we show that the cytokine GDF-15 impairs LFA-1/β2-integrin-mediated adhesion of T cells to activated endothelial cells, which is a pre-requisite of T cell extravasation. In melanoma patients, GDF-15 serum levels strongly correlate with failure of PD-1-based immune checkpoint blockade therapy. Neutralization of GDF-15 improves both T cell trafficking and therapy efficiency in murine tumor models. Thus GDF-15, beside its known role in cancer-related anorexia and cachexia, emerges as a regulator of T cell extravasation into the tumor microenvironment, which provides an even stronger rationale for therapeutic anti-GDF-15 antibody development.
Patients suffering from coronavirus disease-2019 (COVID-19) are susceptible to deadly secondary fungal infections such as COVID-19-associated pulmonary aspergillosis and COVID-19-associated mucormycosis. Despite this clinical observation, direct experimental evidence for severe acute respiratory syndrome coronavirus type 2 (SARS-CoV-2)-driven alterations of antifungal immunity is scarce. Using an ex-vivo whole blood stimulation assay, we challenged blood from twelve COVID-19 patients with Aspergillus fumigatus and Rhizopus arrhizus antigens and studied the expression of activation, maturation, and exhaustion markers, as well as cytokine secretion. Compared to healthy controls, T-helper cells from COVID-19 patients displayed increased expression levels of the exhaustion marker PD-1 and weakened A. fumigatus- and R. arrhizus-induced activation. While baseline secretion of proinflammatory cytokines was massively elevated, whole blood from COVID-19 patients elicited diminished release of T-cellular (e.g., IFN-γ, IL-2) and innate immune cell-derived (e.g., CXCL9, CXCL10) cytokines in response to A. fumigatus and R. arrhizus antigens. Additionally, samples from COVID-19 patients showed deficient granulocyte activation by mold antigens and reduced fungal killing capacity of neutrophils. These features of weakened anti-mold immune responses were largely decoupled from COVID-19 severity, the time elapsed since diagnosis of COVID-19, and recent corticosteroid uptake, suggesting that impaired anti-mold defense is a common denominator of the underlying SARS-CoV-2 infection. Taken together, these results expand our understanding of the immune predisposition to post-viral mold infections and could inform future studies of immunotherapeutic strategies to prevent and treat fungal superinfections in COVID-19 patients.
Schimmelpilze können in Abhängigkeit des Immunstatus und der Vorerkrankungen betroffener Patienten unterschiedliche Krankheitsbilder wie Hypersensitivitäts-erkrankungen oder lebensbedrohliche invasive Infektionen hervorrufen. Da die Diagnosestellung dieser Erkrankungen mitunter komplex und insensitiv ist, sollten im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Ansätze neuer diagnostischer Assays untersucht werden.
In den letzten Jahren wurden Assays entwickelt, die auf Basis durchflusszytometrisch quantifizierter Pilz-spezifischer T-Zellen aus peripherem Blut einen supportiven Biomarker zur Diagnostik invasiver Mykosen liefern könnten. Da die hierfür isolierten T-Zellen anfällig gegenüber präanalytischer Lagerzeiten und immunsuppressiver Medikation sind, wurden hier Protokolloptimierungen vorgenommen, um anhand eines Vollblut-basierten Assays mit zusätzlicher CD49d-Kostimulation diesen Limitationen entgegen zu wirken. In einer Studie an gesunden Probanden konnte dabei gezeigt werden, dass die Kombination der Durchflusszytometrie mit ausgewählten Zytokin-Messungen (IL-5, IL-10 und IL-17) zu einer verbesserten Erkennung vermehrt Schimmelpilz-exponierter Personen beitragen könnte. Neben Infektionen könnten dabei im umwelt- und arbeitsmedizinischen Kontext Polarisationen der T-Zell-Populationen detektiert werden, welche mit Sensibilisierungen und Hypersensitivität assoziiert werden.
Zusätzlich wurde ein in vitro Transwell® Alveolarmodell zur Simulation pulmonaler Pilzinfektionen für Erreger der Ordnung Mucorales adaptiert, durch Reproduktion wichtiger Merkmale der Pathogenese von Mucormykosen validiert, und für Untersuchungen der Immunpathologie und Erreger-Invasion verwendet. Das Modell wurde anschließend zur in vitro Evaluation von radioaktiv markiertem Amphotericin B mit 99mTc oder 68Ga als nuklearmedizinischen Tracer verwendet. Die untersuchten Schimmelpilze zeigten dabei eine zeit- und dosis-abhängige Aufnahme der Tracer, während bakteriell infizierte Proben nicht detektiert wurden. Die erhobenen Daten dokumentieren ein vielversprechendes Potenzial von Amphotericin B-basierten Tracer, das in zukünftigen in vivo Studien weiter evaluiert werden sollte.
Rolle der gammadelta T-Zellen in der Immunantwort bei Patienten mit gastrointestinalen Tumoren
(2022)
Zusammenfassend konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Frage nach der Fähigkeit der selektiven Stimulierung mittels des Phosphorantigens HMBPP und den beiden BTN3 Antikörpern bestätigt werden. Es konnte zudem wie erwartet hierbei ein Unterschied zwischen den beiden Kohorten detektiert werden. Dabei zeigte die Kohorte der Normalspender erwartungsgemäß eine stärkere Aktivierungs- sowie Proliferations-fähigkeit. Normalspender ließen sich signifikant besser mit HMBPP aktivieren und bei bestimmter Konzentration signifikant besser proliferieren, bei BTN3A und sc20.1 konnten keine signifikanten Unterschiede ermittelt werden, allerdings anhand der Mittelwerte eine deutlich stärkere Aktivierung und Proliferation aufgezeigt werden. Außerdem konnten interessante interindividuelle Unterschiede detektiert werden, die neue Erkenntnisse brachten. Mit Hilfe der untersuchten Oberflächenmoleküle CD45RA und CD27 und der Einteilung der gammadelta T-Zellen in unterschiedliche Subgruppen konnten so mögliche Erklärungen für die Unterschiede zwischen den Kohorten aufgezeigt werden. Normalspender zeigten signifikant höhere Anteile an naiven gammadelta T-Zellen und nicht signifikant höhere Anteile an central memory T-Zellen, demnach eine deutliche Verschiebung in Richtung nicht differenzierter Subsets, wohingegen die Tumorkohorte signifikant höhere effector memory T-Zellen aufwiesen und somit eine deutliche Verschiebung in Richtung differenzierter Subsets. Dadurch kann erklärt werden, weshalb Normalspender besser aktiviert werden und besser proliferieren können. Auch die Einteilung in unterschiedliche Profile 1-6 anhand CD28, CD27 und CD16 lieferte Gründe für den Unterschied zwischen den Kohorten, wobei Normalspender der Gruppe 1 und 2, Tumorpatienten der Gruppe 3 und 4 angehörten. Durch Ermittlung weiterer signifikanter Änderungen einiger exprimierter Oberflächenmoleküle CD39, CD161 und PD1 wurde mit Hilfe der vorliegenden Arbeit bekräftigt, dass einige Faktoren betrachtet werden müssen, die die Proliferation und Aktivierung der gammadelta T-Zellen positiv und negativ beeinflussen können. Es konnte jedoch auch erneut verdeutlicht werden, wie komplex und weitgreifend der Aktivierungsmechanismus, die damit verbundene Expansion und die Auslösung der einzelnen Effektorfunktionen ist.
Cytomegalovirus (CMV) infection is a major cause of morbidity and mortality following hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). Measuring CMV-specific cellular immunity may improve the risk stratification and management of patients. IFN-γ ELISpot assays, based on the stimulation of peripheral blood mononuclear cells with CMV pp65 and IE-1 proteins or peptides, have been validated in clinical settings. However, it remains unclear to which extend the T-cell response to synthetic peptides reflect that mediated by full-length proteins processed by antigen-presenting cells. We compared the stimulating ability of pp65 and IE-1 proteins and corresponding overlapping peptides in 16 HSCT recipients using a standardized IFN-γ ELISpot assay. Paired qualitative test results showed an overall 74.4% concordance. Discordant results were mainly due to low-response tests, with one exception. One patient with early CMV reactivation and graft-versus-host disease, sustained CMV DNAemia and high CD8\(^+\) counts showed successive negative protein-based ELISpot results but a high and sustained response to IE-1 peptides. Our results suggest that the response to exogenous proteins, which involves their uptake and processing by antigen-presenting cells, more closely reflects the physiological response to CMV infection, while the response to exogenous peptides may lead to artificial in vitro T-cell responses, especially in strongly immunosuppressed patients.
Pulmonary mucosal immune response is critical for preventing opportunistic Aspergillus fumigatus infections. Although fungus‐specific CD4\(^{+}\) T cells in blood are described to reflect the actual host–pathogen interaction status, little is known about Aspergillus‐specific pulmonary T‐cell responses. Here, we exploit the domestic pig as human‐relevant large animal model and introduce antigen‐specific T‐cell enrichment in pigs to address Aspergillus‐specific T cells in the lung compared to peripheral blood. In healthy, environmentally Aspergillus‐exposed pigs, the fungus‐specific T cells are detectable in blood in similar frequencies as observed in healthy humans and exhibit a Th1 phenotype. Exposing pigs to 10\(^{6}\) cfu/m\(^{3}\) conidia induces a long‐lasting accumulation of Aspergillus‐specific Th1 cells locally in the lung and also systemically. Temporary immunosuppression during Aspergillus‐exposure showed a drastic reduction in the lung‐infiltrating antifungal T‐cell responses more than 2 weeks after abrogation of the suppressive treatment. This was reflected in blood, but to a much lesser extent. In conclusion, by using the human‐relevant large animal model the pig, this study highlights that the blood clearly reflects the mucosal fungal‐specific T‐cell reactivity in environmentally exposed as well as experimentally exposed healthy pigs. But, immunosuppression significantly impacts the mucosal site in contrast to the initial systemic immune response.
Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) represent a major population controlling T cell immune responses. However, little is known about their molecular requirements for homing and T cell interaction to mediate suppression. Here, we investigated the functional role of the homing and collagen IV receptor VLA-1 (α1β1-integrin) on in vitro GM-CSF generated murine MDSCs from wild-type (WT) and CD49a/α1-integrin (Itga1\(^{−/−}\)) gene-deficient mice. Here, we found that effector (Teff) but not naive (Tn) CD4\(^+\) T cells express VLA-1 and monocytes further up-regulated their expression after culture in GM-CSF when they differentiated into the monocytic subset of resting MDSCs (R-MDSCs). Subsequent activation of R-MDSCs by LPS+IFN-γ (A-MDSCs) showed increased in vitro suppressor potential, which was independent of VLA-1. Surprisingly, VLA-1 deficiency did not influence A-MDSC motility or migration on collagen IV in vitro. However, interaction times of Itga1\(^{−/−}\) A-MDSCs with Teff were shorter than with WT A-MDSCs on collagen IV but not on fibronectin substrate in vitro. After injection, A-MDSCs homed to the splenic red pulp where they co-localized with Teff and showed immediate suppression already after 6 h as shown by inhibition of T cell proliferation and induction of apoptosis. Injection of A-MDSCs from Itga1\(^{−/−}\) mice showed equivalent homing into the spleen but a reduced suppressive effect. Interaction studies of A-MDSCs with Teff in the subcapsular red pulp with intravital two-photon microscopy revealed also here that MDSC motility and migration parameters were not altered by VLA-1 deficiency, but the interaction times with Teff were reduced. Together, our data point to a new role of VLA-1 adhesion to collagen IV as a prerequisite for extended contact times with Teff required for suppression.
Background & aims
Serum interferon-gamma-inducible protein-10 (IP-10) is elevated in cholestatic liver diseases and predicts response to antiviral therapy in patients with chronic hepatitis C virus (HCV) infection. Dipeptidylpeptidase 4 (DPPIV) cleaves active IP-10 into an inactive form, which inhibits recruitment of CXCR3+ T cells to the liver. In this study the link between IP-10 levels, DPPIV activity in serum and CXCR3+ T cells is analysed in cholestatic and non-cholestatic liver patients.
Methods
In serum DPPIV activity (by enzymatic assay), IP-10 (by ELISA) and bile acids (BA) (by enzymatic assay) were analysed in 229 naive HCV genotype (GT) 1 patients and in 16 patients with cholestatic liver disease. In a prospective follow-up (FU) cohort of 27 HCV GT 1 patients peripheral CD3+CXCR3+, CD4+CXCR3+ and CD8+CXCR3+ cells were measured by FACS.
Results
In 229 HCV patients serum IP-10 levels correlated positively to DPPIV serum activity. Higher IP-10 levels and DPPIV activity were detected in cholestatic and in cirrhotic HCV patients. Increased IP-10 serum levels were associated with therapeutic non-response to antiviral treatment with pegylated-interferon and ribavirin. In the HCV FU cohort elevated IP-10 serum levels and increased BA were associated with higher frequencies of peripheral CD3+CXCR3+, CD4+CXCR3+ and CD8+CXCR3+ T cells. Positive correlation between serum IP-10 levels and DPPIV activity was likewise validated in patients with cholestatic liver diseases.
Conclusions
A strong correlation between elevated serum levels of IP-10 and DPPIV activity was seen in different cholestatic patient groups. Furthermore, in cholestatic HCV patients a functional link to increased numbers of peripheral CXCR3+ immune cells could be observed. The source of DPPIV release in cholestatic patients remains open.
To promote cancer research and to develop innovative therapies, refined pre-clinical mouse tumor models that mimic the actual disease in humans are of dire need. A number of neoplasms along the B cell lineage are commonly initiated by a translocation recombining c-myc with the immunoglobulin heavy-chain gene locus. The translocation is modeled in the C.129S1-Ighatm1(Myc)Janz/J mouse which has been previously engineered to express c-myc under the control of the endogenous IgH promoter. This transgenic mouse exhibits B cell hyperplasia and develops diverse B cell tumors. We have isolated tumor cells from the spleen of a C.129S1-Ighatm1(Myc)Janz/J mouse that spontaneously developed a plasmablastic lymphoma-like disease. These cells were cultured, transduced to express eGFP and firefly luciferase, and gave rise to a highly aggressive, transplantable B cell lymphoma cell line, termed IM380. This model bears several advantages over other models as it is genetically induced and mimics the translocation that is detectable in a number of human B cell lymphomas. The growth of the tumor cells, their dissemination, and response to treatment within immunocompetent hosts can be imaged non-invasively in vivo due to their expression of firefly luciferase. IM380 cells are radioresistant in vivo and mice with established tumors can be allogeneically transplanted to analyze graft-versus-tumor effects of transplanted T cells. Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation of tumor-bearing mice results in prolonged survival. These traits make the IM380 model very valuable for the study of B cell lymphoma pathophysiology and for the development of innovative cancer therapies.
Multiple activities are ascribed to the cytokine tumor necrosis factor (TNF) in health and disease. In particular, TNF was shown to affect carcinogenesis in multiple ways. This cytokine acts via the activation of two cell surface receptors, TNFR1, which is associated with inflammation, and TNFR2, which was shown to cause anti-inflammatory signaling. We assessed the effects of TNF and its two receptors on the progression of pancreatic cancer by in vivo bioluminescence imaging in a syngeneic orthotopic tumor mouse model with Panc02 cells. Mice deficient for TNFR1 were unable to spontaneously reject Panc02 tumors and furthermore displayed enhanced tumor progression. In contrast, a fraction of wild type (37.5%), TNF deficient (12.5%), and TNFR2 deficient mice (22.2%) were able to fully reject the tumor within two weeks. Pancreatic tumors in TNFR1 deficient mice displayed increased vascular density, enhanced infiltration of CD4+ T cells and CD4+ forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory T cells (Treg) but reduced numbers of CD8+ T cells. These alterations were further accompanied by transcriptional upregulation of IL4. Thus, TNF and TNFR1 are required in pancreatic ductal carcinoma to ensure optimal CD8+ T cell-mediated immunosurveillance and tumor rejection. Exogenous systemic administration of human TNF, however, which only interacts with murine TNFR1, accelerated tumor progression. This suggests that TNFR1 has basically the capability in the Panc02 model to trigger pro-and anti-tumoral effects but the spatiotemporal availability of TNF seems to determine finally the overall outcome.
Durch die im Labor der AG Topp standardisierte Verfahren konnten im Rahmen dieser Arbeit stabile T Zell Linien aus primär humanen CMV spezifischen T Zellen und CMV spezifischen T Zellen mit chimärischen Rezeptoren hergestellt werden. Die Anzahl der chimärischen Rezeptoren auf den unterschiedlichen T Zellinien ist nicht signifikant unterschiedlich und beträgt ca. 17000 Rezeptoren pro Zelle. Bei der Überprüfung des Lyseverhaltens CMV spezifischer T Zellen gegenüber CMV spezifischer T Zellen transduziert mit einem chimärischen Rezeptor zeigt sich das gleiche Lyseverhalten. Um die zeitliche Dynamik dieses Verhaltens besser darzustellen, wurde ein FACS basierter Lysierungsversuch selbstständig entwickelt und etabliert. Somit konnte herausgestellt werden, dass das Lyseverhalten der T Zelllinien sowohl der CMV spezifischen T Zellen als auch das der Erst- und Zweitgeneration- T Zelllinien CAR CD19z und CAR CD19/28z vergleichbar war. Alle genannten Zelllinien lysieren ihre Targetzellen sowohl in der Quantität als auch in der zeitlichen Dynamik vergleichbar. Dies ist die einzige Gemeinsamkeit der verglichenen T Zell Aktivierungssysteme. In allen anderen funktionellen Versuchen ist die Aktivierung der T Zellen über einen chimärischen Rezeptor dem der physiologischen Aktivierung über den T Zell Rezeptor unterlegen. Der Proliferationsversuch mit CFSE zeigt eindeutig, dass nur die T Zellen, die über den TCR aktiviert werden, das Potential haben, sich zu teilen. Die T Zellen, die über den CAR sowohl der ersten als auch der zweiten Generation aktiviert werden, teilen sich nicht. Der Defekt der CAR T Zellen zeigt sich auch in der Hochregulation von CD25, einem Aktivierungsmarker für T Zellen. Die T Zellen, die durch die chimärischen Rezeptoren sowohl der ersten als auch der zweiten Generation aktiviert werden, regulieren CD25 nicht so stark nach oben wie die T Zellen, die physiologisch durch den TCR aktiviert werden. Diese Minderaktivierung spiegelt sich auch in der Zytokinproduktion wieder. Auch hier zeigt sich die unvollständige Aktivierung der CAR T Zellen. In der intrazellulären Zytokinmessung sieht man, dass bei CAR T Zellen der ersten und zweiten Generation zum einen die Einzelzellen weniger IFNy produzieren, zum anderen die Gesamtzahl der Zellen, die Zytokine produzieren, weniger ist als im Vergleich zur TCR Aktivierung. Dieses Phänomen der defizienten Aktivierung und der funktionellen Defekte von CAR T Zellen ist bekannt. Dies konnte noch einmal unter standardisierten und kontrollierten Bedingungen bestätigt werden. Durch die relativ neue Methode der durchflusszytometrischen Bead Technologie konnte dies nun zum ersten Mal realisiert werden. Es zeigte sich, dass ein signifikanter Unterschied zwischen den verschiedenen Aktivierungsmodi der T Zellen besteht. Eine physiologische Aktivierung von T Zellen führt zu einer höheren Maximum-Phosphorylierung als eine Aktivierung über den Erstgeneration CAR. Der signifikante Unterschied zeigt sich bei den MAP Kinasen ERK, JNK und p38. Somit ist dies ein Hinweis, dass die Signaltransduktion auf breiter Ebene aufgrund des alleinigen Vorhandenseins der Zeta Kette bei den CAR CD19z T Zellen, defizient ist und nicht ausreicht für eine volle Aktivierung, die eine volle Funktionalität der T Zelle nach sich ziehen würde. Diese unzureichende Aktivierung soll durch die kostimulatorische Komponente CD28 beim Zweitgenerationrezeptor CAR CD19/28z aufgehoben werden. In der Proliferation, Zytokineproduktion und den Aktivierungsmarkern zeigt sich keine Verbesserung im Vergleich zum Erstgenerationrezeptor bei CMV spezifischen T Zellen. Dieses Ergebnis wird bestätigt und korreliert damit, dass es keinen Unterschied in der maximalen Phosphorylierung von ERK, JNK und p38 zwischen Erstgeneration CAR CD19z und Zweitgeneration CAR CD19/28z gibt. Somit ist dieses System geeignet, um aus dem Phosphorylierungsstatus von MAP Kinasen von CAR T Zellen auf die Funktionalität dieser T Zellen zu schließen.