Molekulare Voraussetzungen für die Entwicklung immundominanter und protektiver Virus-spezifischer CD8+ T-Zellantworten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Virus-spezifische CD8+ T-Zellen sind für eine Viruselimination essentiell. So erfordert die spontane Elimination einer Hepatitis-C-Virus (HCV) Infektion eine starke HCV-spezifische CD8+ T-Zell-Antwort. Dabei spielen immundominante, von bestimmten HLA Klasse I restringierte CD8+ T-Zell-Epitope eine entscheidende Rolle. Wir konnten z.B. in früheren Arbeiten zeigen, dass ein immundominantes, HLA- B*27 restringiertes Epitop für die Assoziation von HLA-B*27 mit der spontanen HCV-Elimination verantwortlich ist. Im aktuellen Forschungsprojekt sollten die immunologischen Mechanismen untersucht werden, die zur Immundominanz solcher CD8+ T-Zell-Epitope führen. Zudem sollten weitere immunologische und virologische Determinanten charakterisiert werden, die zur protektiven Wirkung der entsprechenden CD8+ T-Zell-Antworten führen. Darüber hinaus sollten weitere protektive, immundominante HCV- spezifische CD8+ T-Zell-Epitope identifiziert werden, die wichtige Angriffspunkte einer prophylaktischen bzw. therapeutischen T-Zell-Vakzinierung sein könnten. Wir konnten zeigen, dass sich die Mechanismen der Immundominanz bei verschiedenen HLA Klasse I Allelen unterscheiden. So korreliert die Immundominanz von HLA-A*2 restringierten CD8+ T-Zell-Epitopen mit der Frequenz der entsprechenden naiven Präcursor-CD8+ T-Zellen. Bei dem protektiven, immundominanten HLA-B*27 restringierten CD8+ T-Zell-Epitop wird die außergewöhnliche Immundominanz hingegen durch eine sehr schnelle und effiziente Antigenprozessierung durch das Proteasom vermittelt. Auch weitere Bestandteile der Antigen-Prozessierungs/Präsentations-Maschinerie spielen eine wichtige Rolle bei der Immundominanz HCV-spezifischer CD8+ T-Zellen: So zeigte ein kodierender Polymorphismus im Tapasin-Protein eine Assoziation mit einer spontanen Viruselimination, wobei dieser Effekt durch eine Modulation der Stärke der CD8+ T-Zell-Antwort bedingt war. Zudem spielt die Endoplasmatische Retikulum Aminopeptidase 1 (ERAP-1) eine wichtige Rolle für das Epitop-Repertoire HCV-spezifischer CD8+ T-Zellen. Bei Vorliegen funktionell eingeschränkter ERAP-1-Moleküle kam es zur Erkennung längerer Peptidepitope und somit zu einer Verschiebung des Epitop-Repertoires. Als einen weiteren entscheidenden Faktor für die Immundominanz HCV-spezifischer CD8+ T-Zell-Antworten konnten wir HLA-Subtypen identifizieren. So war ein bestimmtes HLA-B*27-restringiertes Epitop im Kontext des (selteneren) HLA-B*27-Subtypen B*27:02 immundominant, während es im Kontext des HLA-B*27- Prototyps B*27:05 nicht präsentiert wurde. Interessanterweise stellte eine Interferon-freie antivirale Therapie der Hepatitis C zwar die Proliferationsfähigkeit HCV-spezifischer CD8+ T-Zellen wieder her, führt jedoch nicht zu einem breiteren Epitop-Repertoire der HCV-spezifischen T-Zellen. In Vorarbeiten hatten wir gezeigt, dass der protektive Effekt des immundominanten HLA-B*27 Epitops u.a. davon abhängt, dass ein viraler Escape von diesem Epitop nur durch mehrere Mutationen im Epitop zustande kommen kann. Durch diese hohe Escapebarriere kann das Virus in der Regel eliminiert werden, bevor Escapemutationen entstehen. Auch in einem weiteren, subdominanten HLA- B*27 Epitop erforderte ein viraler Escape zwei kompensatorische Mutationen außerhalb des Epitops. Interessanterweise führen HLA-B*27-restringierte CD8+ T-Zell-Antworten bei Patienten mit einer chronischen HCV-Infektion zu einer Kontrolle des Virus auf niedrigen Titern. Ein einzigartiger CD8+ T- Zell-Phänotyp lässt darauf schließen, dass dieses Epitop trotz dem Vorliegen mehrerer Escapemutationen noch von den Epitop-spezifischen CD8+ T-Zellen kreuzerkannt wird. In einer großen Kohortenstudie mit über 500 Patienten konnten wir zeigen, dass der Zusammenhang zwischen einem komplizierten viralen Escape und einer protektiven Wirkung der CD8+ T-Zell-Antwort nicht nur im Kontext von HLA-B*27 besteht, sondern einen generellen Mechanismus darstellt. Bisher ist unsere Kenntnis HCV-spezifischer CD8+ T-Zell-Epitope weitestgehend auf HCV Genotyp 1 beschränkt. Wir konnten jetzt erstmals HCV Genotyp 4 spezifische CD8+ T-Zell-Epitope identifizieren. Dies erlaubt nun eine erfolgreiche Etablierung von HCV-Vakzinen, die vor dem insbesondere im Hochprävalenzgebiet Afrika häufigen HCV Genotyp 4 schützen könnten. Somit konnten wir in unserem Projekt die Mechanismen der Immundominanz und protektiven Wirkung von HCV-spezifischen CD8+ T-Zell-Epitopen mechanistisch charakterisieren und für die Entwicklung erfolgreicher prophylaktischer sowie therapeutischer Vakzinierungsstrategien wichtige Grundlagenerkenntnisse gewinnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2011). Human leukocyte antigen B27 selects for rare escape mutations that significantly impair hepatitis C virus replication and require compensatory mutations. Hepatology 54: 1157-1166
Neumann-Haefelin C, Oniangue-Ndza C, Kuntzen T, Schmidt J, Nitschke K, Sidney J, Caillet- Saguy C, Binder M, Kersting N, Kemper MW, Power KA, Ingber S, Reyor LL, Hills-Evans K, Kim AY, Lauer GM, Lohmann V, Sette A, Henn MR, Bressanelli S, Thimme R, Allen TM
- (2011). Immunodominance of HLA-A2-restricted hepatitis C virus-specific CD8+ T cell responses is linked to naive-precursor frequency. J Virol. 85: 5232-5236
Schmidt J, Neumann-Haefelin C, Altay T, Gostick E, Price DA, Lohmann V, Blum HE, Thimme R
- (2012). Rapid antigen processing and presentation of a protective and immunodominant HLA-B*27-restricted hepatitis C virus-specific CD8+ T-cell epitope. PLoS Pathog. 8:e1003042
Schmidt J, Iversen AK, Tenzer S, Gostick E, Price DA, Lohmann V, Distler U, Bowness P, Schild H, Blum HE, Klenerman P, Neumann-Haefelin C/ Thimme R
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003042) - (2013). HLA-B27-mediated protection in HIV and hepatitis C virus infection and pathogenesis in spondyloarthritis: two sides of the same coin? Curr Opin Rheumatol. 25: 426-433
Neumann-Haefelin C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1097/BOR.0b013e328362018f) - (2013). Synergism of tapasin and human leukocyte antigens in resolving hepatitis C virus infection. Hepatology 58: 881-889
Ashraf S, Nitschke K, Warshow UM, Brooks CR, Kim AY, Lauer GM, Hydes TJ, Cramp ME, Alexander G, Little AM, Thimme R, Neumann-Haefelin C, Khakoo SI
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/hep.26415) - (2014). HLA-B*27 subtype specificity determines targeting and viral evolution of a hepatitis C virus-specific CD8+ T-cell epitope. J Hepatol. 60: 22-29
Nitschke K, Barriga A, Schmidt J, Timm J, Viazov S, Kuntzen T, Kim AY, Lauer GM, Allen TM, Gaudieri S, Rauch A, Lange CM, Sarrazin C, Eiermann T, Sidney J, Sette A, Thimme R, López D, Neumann-Haefelin C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jhep.2013.08.009) - (2014). Restoration of HCV-specific CD8+ T cell function by interferon-free therapy. J Hepatol. 61: 538-543
Martin B, Hennecke N, Lohmann V, Kayser A, Neumann-Haefelin C, Kukolj G, Böcher WO, Thimme R
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jhep.2014.05.043) - (2016). CD8+ T cell responses in hepatitis B and C: the (HLA-) A, B, and C of hepatitis B and C. Dig Dis. 2016;34:396-409
Nitschke K, Luxenberger H, Kiraithe MM, Thimme R, Neumann-Haefelin C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1159/000444555) - (2016). Virus-Specific CD4+ T Cells Have Functional and Phenotypic Characteristics of Follicular T-Helper Cells in Patients With Acute and Chronic HCV Infections. Gastroenterology 150: 696-706
Raziorrouh B, Sacher K, Tawar RG, Emmerich F, Neumann-Haefelin C, Baumert TF, Thimme R, Boettler T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1053/j.gastro.2015.11.005) - The cyclophilin-inhibitor Alisporivir stimulates antigen presentation thereby promoting antigen-specific CD8(+)-T-cell activation (2016). J Hepatol. (Epub ahead of print)
Esser-Nobis K, Schmidt J, Nitschke K, Neumann-Haefelin C, Thimme R, Lohmann V
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jhep.2016.02.027)
