Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von IL-12 auf die Rezeptoren DNAM-1, TIGIT und CD96 auf NK-Zellen näher zu untersuchen. Wir konnten nachweisen, dass IL-12 den Rezeptor DNAM-1 hochreguliert. CD96 wurde nach 48-stündiger Inkubation mit IL-12 bei frisch isolierten NK-Zellen zunächst ebenfalls hochreguliert, nach längerer in vitro Kultur mit IL-2/IL-15 und anschließender Intervention mit IL-12 für 48h fiel CD96 allerdings wieder unter das Ausgangsniveau ab. Die höchste Steigerung der Expression durch IL-12 konnte an den Rezeptoren CD62L (Adhäsion) und CD161 (Inhibition) beobachtet werden. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass IL-12 einen Einfluss auf das Verhältnis der NK-Subpopulationen besitzt, indem es durch Hochregulation von CD56 und Herabregulation von CD16 zu einer Umwandlung von CD56dimCD16+ NK-Zellen zu CD56brightCD16- NK-Zellen beitrug. Während bei beiden Populationen DNAM-1 hochreguliert wurde, stieg die Expression von CD96 in der CD56dim Population, fiel aber in der CD56bright Population. Die Expression von TIGIT verhielt sich in der IL-15 Gruppe gegensätzlich dazu. IFN-γ konnte die Expression der Liganden für DNAM-1, TIGIT und CD96 auf einer der untersuchten Tumorzelllinien (SK-ES-1) steigern. Die Zytotoxizität von NK-Zellen konnte nicht durch IL-12 gesteigert werden. Indessen konnten wir feststellen, dass DNAM-1 für die Aufrechterhaltung der zytotoxischen Funktion essentiell war und eine Blockierung von DNAM-1 zu einer drastischen Verringerung derselben geführt hat. Dagegen konnten die NK-Zellen ihre Funktion nach der Blockierung von CD96 weitestgehend aufrechterhalten, es kam allerdings auch nicht zu einer gesteigerten Lyse von Tumorzellen. Die Ergebnisse verdeutlichten, dass IL-12 zwar die Expression von DNAM-1 auf NK-Zellen zu steigern vermochte, dies allerdings nicht zu einer gesteigerten Zytotoxizität der NK-Zellen gegenüber den getesteten drei Tumorzelllinien geführt hat.

Dendritische Zellen können als antigenpräsentierende Zellen sowohl immunogene als auch tolerogene Funktionen im Immunsystem wahrnehmen und werden in der Therapie von Tumorerkrankungen und Autoimmunerkrankungen eingesetzt. IL-10 gilt als Induktor tolerogener dendritischer Zellen. Diese werden in der Literatur oft als unreif bezeichnet und stehen im Gegensatz zu den reifen immunogenen dendritischen Zellen, die durch die Expression des Reifungsmarkers CD83 gekennzeichnet sind. Ausdifferenzierte dendritische Zellen exprimieren zudem das Antigen CD86, das der T-Zell-Aktivierung dient. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von IL-10 auf den Reifungsprozess dendritischer Zellen in vitro untersucht. Zur Generierung unreifer dendritischer Zellen wurden humane Monozyten nach etabliertem Protokoll mit IL-4 und GM-CSF stimuliert. Nach anschließender IL-10-Stimulation, insbesondere in Kombination mit einem TLR-Agonisten, bildeten sich zwei exklusive Zellpopulationen: eine CD14+ Population und eine CD83+ Population. Unreife CD14-CD83- dendritische Zellen reexprimierten einerseits CD14 oder exprimierten andererseits CD83. Dabei zeigte sich, dass das kostimulierende Antigen CD86 gleichermaßen sowohl mit als auch ohne IL-10-Inkubation hoch exprimiert wurde und IL-10 folglich keinen zusätzlichen Einfluss auf dessen Expression hat. Insgesamt waren Veränderungen bezüglich der Oberflächenantigene, die bei der Betrachtung der Gesamtheit aller Zellen auffallen, auf eine quantitative Verschiebung der beiden Zellpopulationen zurückzuführen. IL-10 beeinflusst also nicht direkt einzelne kostimulierende oder inhibitorische Moleküle, sondern beeinflusst den Anteil der CD14+ Zellen gegenüber den CD83+ dendritischen Zellen. Funktionell betrachtet zeigten die CD14+ Zellen eine gesteigerte Makropinozytose im Gegensatz zu den reifen CD83+ dendritischen Zellen. Zusammenfassend führt IL-10 zu einer Reexpression von CD14 auf unreifen dendritischen Zellen und aktiviert einen alternativen Differenzierungsweg. Die CD14+ Zellen weisen einen stabilen immunregulatorischen Phänotyp auf und unterscheiden sich somit von reifen dendritischen Zellen, die nach Inkubation mit IL-10 nicht reguliert werden. Damit muss die Begrifflichkeit und Klassifikation tolerogener dendritischer Zellen weiter diskutiert werden.

In der Immunantwort sind CD8+ T-Zellen von entscheidender Bedeutung für die spezifische zelluläre Abwehr von intrazellulären Erregern oder Neoplasien. Erst in den vergangenen Jahren konnten CD8+ T-Zellen im Rahmen der adoptiven Immuntherapie oder als CAR-T-Zellen, therapeutisch genutzt werden, wodurch sich für bestimmte hämatologische Erkrankungen komplett neue Therapiemöglichkeiten ergaben. Ein entscheidender Faktor für den Erfolg dieser Therapien ist, dass CD8+ T-Zellen während der ex-vivo Expansion keine terminale Differenzierung durchlaufen, sondern den Phänotyp von gering differenzierten T-memory-Zellen behalten. In den letzten 20 Jahren hat sich das Wissen über den dynamischen Stoffwechsel von CD8+ T-Zellen enorm erweitert. Es wurde deutlich, dass einerseits der Aktivierungszustand und äußere Einflüsse wie Zytokine, Mikromilieu und Nährstoffangebot den Stoffwechsel der Zelle steuern, andererseits der Stoffwechsel der Zelle selbst ihre Differenzierung und Funktion beeinflusst. Im Mausmodell konnte durch die Zugabe des Glykolyseinhibitors 2-DG während der ex-vivo Expansion ein positiver Einfluss auf die Differenzierung von CD8+ T-Zellen erreicht werden. Die mit 2-DG kultivierten Zellen zeigten einen gering differenzierten T-memory-Phänotyp, der nach Transfer zu einer verstärkten Re-Expansion und verbesserter anti-Tumor-Aktivität führte. In der hier vorliegenden Arbeit wird dieser Ansatz bei humanen CD8+ T-Zellen überprüft und auf ein antigenspezifisches Modell des Primings und der Expansion übertragen. Im ersten Teil der Arbeit wurden humane, naive CD8+ T-Zellen mit unterschiedlichen Konzentrationen von 2-DG unspezifisch aktiviert und expandiert. Es zeigte sich ein dosisabhängiger Effekt der Blockade des Glukosestoffwechsels auf den Metabolismus, die Aktivierung, Differenzierung und Proliferation der Zellen. Die publizierten, an Mauszellen gewonnenen Erkenntnisse zur Wirkung von 2-DG konnten, mit geringen quantitativen Unterschieden, insgesamt bestätigt werden. Im zweiten Schritt wurde der Ansatz auf ein Modell des antigenspezifischen Primings und der Expansion von CD8+ T-Zellen durch peptid-beladene dendritische Zellen übertragen. Im Unterschied zur unspezifischen Expansion führte bereits eine geringe Blockade der Glukosenutzung, in der frühen Expansionshase bis zu 4 Tage nach dem Priming, zu einer ausgeprägten Hemmung der antigenspezifischen Expansion. Die Hauptursache hierfür ist die um ein Vielfaches stärkere Proliferation bei der antigenspezifischen Expansion. Diese ist, aufgrund der geringen Frequenz antigenspezifischer Zellen in der Ausgangspopulation naiver CD8+ T-Zellen, erforderlich und entspricht in ihrem Ausmaß eher der antigenspezifischen Proliferation in-vivo. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die antigenspezifische Proliferation vor allem in der frühen Expansionsphase und weniger während des Primings oder der späten Expansion stark auf die Glukosenutzung angewiesen ist. Auch eine nur vorübergehende Einschränkung der Glukosenutzung in diesem Zeitraum führte zu einer anhaltenden Verminderung der Proliferation. Der Zusatz von 2-DG resultierte zwar in einem höheren Anteil von CD8+ T-Zellen mit einem gering differenzierten Phänotyp, jedoch war ihre absolute Anzahl geringer. Es zeigte sich, dass antigenspezifische Proliferation und Differenzierung in den durchgeführten Versuchen gekoppelt waren. Durch eine Blockade des Glukosestoffwechsels mit 2-DG konnte diese Koppelung nicht aufgehoben werden. Eine wahrscheinliche mechanistische Erklärung hierfür, die jedoch für die antigenspezifische Expansion von CD8+ T-Zellen noch experimentell bestätigt werden müsste, ergibt sich aus dem zellulären Regelkreis von AMPK und mTOR. Dieser integriert in CD8+ T-Zellen die metabolische Situation der Zelle auf der einen Seite und Stimuli zur Zellteilung und -differenzierung auf der anderen Seite. Die genannten Ergebnisse führten zu der Schlussfolgerung, dass bei der Kultivierung von antigenspezifischen CD8+ T-Zellen für die Immuntherapie der Zusatz von 2-DG keine Verbesserung darstellt. Die vorliegende Arbeit unterstreicht auch, dass Erkenntnisse aus Versuchen mit unspezifisch stimulierten T-Zellen sich nicht ohne Weiteres auf Modelle der antigenspezifischen Expansion oder die Immunantwort in- vivo übertragen lassen. In einem klinischen Nebenprojekt konnte gezeigt werden, dass bei einem Patienten mit Multiplem Myelom unter Therapie mit einem bi-spezifischen, T-Zell rekrutierenden Antikörper gegen BCMA bei Progress der Erkrankung ein homozygoter Verlust des kodierenden Gens aufgetreten war. Damit wurde erstmals für diese Therapie eine homozygote Deletion mit nachfolgendem Verlust der Zielstruktur des Antikörpers als Resistenzmechanismus beschrieben. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass auch bei Patient:innen mit Multiplem Myelom, die noch keine T-Zell basierte Immuntherapie erhalten haben, häufig heterozygote Veränderungen in Genen vorliegen, die für Zielantigene von Immuntherapien kodieren. Dies macht den Verlust beider Allele wahrscheinlicher und kann somit eine Prädisposition für die Entwicklung einer Therapieresistenz darstellen.