Arbeitsgruppe Reimann/Schirmbeck. Drittmittel- geförderte Projekte. DFG (Re 549/11-1) Regulation kolitogener CD4 + mono-kolonisierter Mäuse

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1 Arbeitsgruppe Reimann/Schirmbeck Drittmittel- geförderte Projekte DFG (Re 549/11-1) Regulation kolitogener CD4 + mono-kolonisierter Mäuse T-Zellreaktionen in der Darmmukosa In Kooperation mit: Prof. Dr. med. I.B. Autenrieth, Dr. J. Frick Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene Universität Tübingen; Elfriede-Aulhorn-Str. 6, Tübingen Eine lokale, dysregulierte CD4 + T Zellantwort induziert eine Kolitis in IL-2 -/- und CD4 + T Zell-transplantierten RAG -/- Mäusen mit bakteriell besiedeltem Darm, aber nicht in keimfreien Tieren. Während manche kommensale E. coli Stämme (z.b. E. coli mpk) in diesen Modellen eine Kolitis auslösen, ist dies bei anderen kommensalen E. coli Stämmen (z.b. E. coli Nissle 1917) nicht der Fall. Das Versuchsvorhaben schließt bakteriologische und immunologische Versuchsansätze ein, um das kolitogene Potenzial des bereits identifizierten E. coli mpk Stammes zu charakterisieren. Immunbiologisch relevante Unterschiede zwischen kolitogenen (E. coli mpk) und nicht-kolitogenen (E. coli Nissle 1917) Stämmen sollen identifiziert werden. Die selektive Besiedelung des Mausdarmes mit diesen Stämmen und die dadurch induzierte Kolitis oder Toleranz gegen intestinale, bakterielle Produkte soll untersucht werden. Die in vitro und in vivo Modulation des immunstimulatorischen Phänotyps unterschiedlicher Subpopulationen intestinaler dendritischer Zellen sowie die Beeinflussung intestinaler CD4 + Regulator T Zellen durch Produkte kolitogener Bakterien steht im Zentrum des Interesses. Diese Untersuchungen sollen einen Beitrag zum Verständnis der pathogenen und kurativen Regulation der lokalen Immunität des Darmes durch Produkte kommensaler E. coli leisten. DFG (Re 549/10-3) Specific CD8 + T cell immunity in the murine liver Work on aspects of the local, specific CD8 T cell immunity in the liver of the mouse selected in the previous 18 months of the funding periods will be continued. The regulation of specific, hepatic CD8 T cell immunity by NKT cells, liver DC (subsets), regulator Foxp3 T R cells and

2 hepatocytes (HC) will be investigated. The role of the PD-1/PD-L1(L2) and BTLA/HVEM coreceptor interactions in local priming (or modulating the phenotype) of specific CD8 T cell immunity will be elucidated. Emphasis is further focused on the effect of type I interferons, IL-19/20 and IL-33 on CD8 T cell immunity in the liver. The in vitro studies will be increasingly complemented by in vivo systems using knock-out and HBV transgenic models. The project continues basic research on molecular and cellular factors that allow successful establishment and maintenance of local anti-viral CD8 T cell immunity in the liver but also contributes to translational research on therapeutic vaccination against chronic hepatotropic virus infections. Forschungsschwerpunktprogramm Baden-Württemberg: Defekte bei Aufbau und Erhalt von Immunfunktionen Der beantragte Landesforschungsschwerpunkt soll ein Forum in Ulm bilden, um genetische Lösungen für grundlegende immunologische Fragestellungen zu finden. Untersuchungen über Immunantworten auf organspezifischen Virusbefall bei der Hepatitis und über optimierte Antigenprozessierung mit möglicher Verbesserung von Impfstrategien stellen grundlegende Projekte zur Erhaltung und Funktion des Immunsystems dar. Klinisch-wissenschaftliche Aspekte sind in dem beantragten Forschungsschwerpunkt durch Projekte über angeborene und erworbenene Immundefekte des Menschen vertreten. DFG (KFO142/1) Die Regulation muriner, anti-viraler CD8 + T Zellantworten (klonale Expansion, Effektorfunktionen, Spezifitätsrepertoire) mit fortschreitendem Alter Mit fortschreitendem Alter erlischt die T-Lymphopoese, und periphere T Zellen exprimieren präferentiell den Phänotyp von Gedächtniszellen (memory T cells, T M ). Hiermit gehen Änderungen ihres funktionellen Phänotyps (e.g. Verlust von CD28, präferentielle Th2- ähnliche Polarisierung) und ihres T-Zell Rezeptor Repertoire einher. Dies ist besonders deutlich in der oligoklonalen Expansion der CD8 T M Zellen im Alter. Die Induktion und spezifische Restimulation multispezifischer, anti-viraler CD8 T-Zellantworten soll in jungen und alten Mäusen vergleichend untersucht werden. Besondere Aufmerksamkeit ist auf die altersabhängige Entwicklung des Phänotyps der CD8 T M Zellen (vom effector zum central T M Typ), ihre Gewebeverteilung, ihre Antwort auf spezifische Restimulation oder bystander

3 Aktivierung, die Entwicklung von Immundominanz-hierarchien in multispezifischen Antworten, und Änderungen ihres funktionellen Phänotyps gerichtet. Der Einfluss regulierender (suppressiver oder helfender ) CD4 T Zellen sowie der kalorischen Restriktion und SIRT1 abhängiger, altersverzögernder Signalwege auf die spezifische CD8 T- Zellimmunität im Alter soll untersucht werden. Das Projekt will einen Beitrag zum Verständnis T-Zell-vermittelter Immunpathologien und des rationalen Designs anti-viraler Vakzine für diese Altersstufe leisten. DFG (SCH505/2-4) Immunogenicity of recombinant chaperone-complexed antigens We produced hsp/antigen complexes and characterized their immunogenicity in mice using DNA vaccination approaches. Furthermore, we constructed and produced recombinant hsp/antigen complexes by fusing selected antigen sequences to different J domains (from SV40, yeast or bacteria). Hsp capture by antigens fused to different J domains with/without additional J-associated domains (G/F-rich domain; C-domain) in different expression systems is characterized and optimized in ongoing studies with the aim to produce and purify antigen/hsp complexes with defined components in different (eukaryotic and prokaryotic) systems in a way that can be up scaled. Mice will be immunized with antigen/hsp complexes either produced endogenously from DNA vaccines, or delivered exogenously as native protein complexes; this will allow me to comparatively evaluate their efficacy of priming mono- and multispecific, anti-viral T cell responses and antibody responses. We designed the readout so that the pattern of detectable CD8 T cell-defined epitopes will give an indication about the alternative processing pathways targeted by either exogenous antigen/hsp protein complexes or (the same) endogenous complexes produced by DNA vaccines. This ongoing work will conclude the up to now successful work on designing hsp/antigen vaccines by alternative means. DFG (Ri 1297 / 1-1) Rekonstitution anti-viraler CD8 T Zellimmunität im präklinischen Modell der chronischen HBV Infektion durch immunisierung mit natürlichen Antigenvarianten. In transgenen Mausmodellen sollen Toleranz-brechende und anti-virale Eigenschaften von CD8 T Zellen evaluiert werden, die Epitope natürlicher HBsAg Varianten unterschiedlicher HBV Genotypen spezifisch erkennen. Die Beeinflussung der Immunogenität gut definierter Modellepitope des HBsAg durch natürliche oder genetisch induzierte Sequenz-Variation soll

4 auf vier Ebenen untersucht werden: der Prozessierung; der Affinität für das präsentierende MHC Klasse I Molekül; der Induktion kreuzreaktiver, aber distinkter CD8 T Zellpopulationen; und der Modulation eines immundominanten (suppressiven) Phänotyps. Transgene Modelle, in denen komplette HBV Genome Leber-spezifisch exprimiert werden, sollen zeigen, ob Varianten-spezifische CD8 T Zellen zusätzlich zu den Toleranz-brechenden auch lokale anti-virale Eigenschaften in der Leber haben. Die Arbeitshypothese dieses Projektvorschlages ist, dass kreuzreaktive CD8 T Zellreaktivitäten gegen natürliche Varianten des HBV Hüllproteins (HBsAg) von zentraler Bedeutung für eine erfolgreiche, spezifische Immuntherapie der chronischen HBV Infektion sind. Klinische Forschergruppe: Erkennung, Vermeidung und Behandlung von Infektionen des immun-kompromittierten Patienten: Teilprojekt D Etablierung und Optimierung HCMV-spezifischer, CD8 + T- Zellstimulierender Vakzinierungsstrategien im (HLA-A2 transgenen) Mausmodell Das Projekt möchte im präklinischen (HLA-A2 transgenen) Mausmodell neue Impfstrategien gegen HCMV validieren. Ziel des Vorhabens ist die Definition einer Strategie zur effizienten Induktion mono/polyspezifischer und protektiver CD8 + T-Zellantworten gegen HCMV Infektionen, die nach Blutstammzelltransplantation einsetzbar ist. Im Tiermodell wird vom etablierten, HLA-A2-restringierten HCMV-pp (NLVPMVATV) Epitop ausgegangen. Es soll versucht werden, Impfantigene derart zu modifizieren, dass HCMV-pp spezifische CD8 + T-Zellantworten in der HLA-A2 tg Maus optimal induziert werden. Die Vakzinierungsstrategien umfassen sowohl Peptidkonstrukte, wie Vakzinierung mit Plasmid DNAs oder Proteinkomplexen. Peptide werden als single epitope oder polytope, mit oder ohne Polynukleotid-bindender kationischer Domäne synthetisiert. Vergleichend wird die DNA Vakzinierung eingesetzt, die in der Maus optimal CD8 + T- Zellantworten induziert und ein schneller Weg zur Identifikation neuer HCMV-Epitope ist. Größere Antigendomänen werden als Komplex mit Stressproteinen immunogen gemacht. Diese unterschiedlichen Vakzinen werden (subkutan oder intramuskulär) mit unterschiedlichen Adjuvantien (Montanide (R), Abisco (R) oder Oligonukleotiden), mit oder ohne Zytokinen (GM-CSF, IL-6, MIP-1α) verabreicht. Ziel der Untersuchungen ist es, aus der Vielzahl der verfügbaren (und in anderen Systemen als effizient erwiesenen) Vakzinierungsansätze diejenigen zu identifizieren, die minimale Nebeneffekte mit optimaler Immunogenität einer Anzahl potentiell klinisch

5 interessanter HCMV- Epitope verbinden und somit für eine klinische Testung geeignet erscheinen. SFB518 Entzündung, Regeneration und Transformation im Pankreas, Projekt A01: Induktion und Kontrolle diabetogener, Präproinsulin-spezifischer CD8 T Zellen in transgenen Mausmodellen des Typ 1 Diabetes Wir konnten in den letzten jahren ein neues Mausmodell eines experimentellen Autoimmundiabetes (EAD) etablieren. Ein EAD wird in RIP-B7.1 transgenen Mäusen, die das ko-stimulatorische B7.1 (CD80) Molekül in pankreatischen ß-Zellen exprimieren, durch das Zusammenspiel zweier Ereignisse ausgelöst: (1) die Induktion von autoreaktiven, Präproinsulin (ppins)-spezifischen CD8 T Zellen durch spezifische Impfstoffe und (2) die Diabetes induzierende Wechselwirkung von CD8 T-Zellen mit dem B7.1 exprimierenden pankreatischen Zielgewebe. In weiterführenden Arbeiten ist geplant, bereits bekannte K d - und HLA-A*0201-restringierte PPI- spezifische Epitope zu analysieren. Besonders attraktiv sind dabei humanisierte RIP-B7.1 Mäuse, die mit HLA-A*0201 transgenen Mäusen rückgekreuzt eine Analyse von HLA-A*0201-restringierten Epitopen erlauben und unmittelbar auch Rückschlüsse zum humanen Typ 1 Diabetes. Es wird erwartet, dass mit diesen erweiterten Ansätzen ppins-spezifische Tetramere gegen gut definierte Epitope generiert werden können, um Phänotyp, Dynamik und Verteilungsmuster von krankheitsassoziierten CD8 T Zellen zu analysieren. Ziel der geplanten Untersuchungen ist die Entwicklung von neuen therapeutischen Strategien, restringierte Epitope des Präproinsulins weiter charakterisiert und ihr pathogener Effekt gegen pankreatische β-zellen bestimmt. Ziel ist es, immunologisch basierte Interventionsstrategien zu entwickeln, die die CD8 T Zellvermittelte Zerstörung der β-zellen attenuieren. AIF-Proinno Projekt: Entwicklung von innovativen Impfstoffen und Evaluierung der generierten Antikörpern aus dem Eigelb von Tauben für Anwendungen in der Wissenschaft Mit diesem Entwicklungsvorhaben soll ein neues Produktionsverfahren für eine kostengünstige Herstellung von Antikörpern aus Tauben- und Hühnereiern entwickelt werden. Wir nenne diese Antikörper YOLKIGS für yolk immunglobulins = Eigelb- Immunglobuline. Zusätzlich wollen wir in diesem Projekt spezifische YOLKIGS zu bekannten Produkten herstellen, um die Qualität dieser YOLKIGS Antikörper gegenüber den

6 auf dem Markt erhältlichen klassischen Produkten aus dem Blut von Säugetieren zu vergleichen.