title: An immunoinformatics approach for identification and characterization of T cell-mediated heterologous immunity between RNA viruses and allergens
title: Ein immuninformatischer Ansatz zur Identifizierung und Charakterisierung von T-Zell-vermittelter heterologer Immunität zwischen RNA-Viren und Allergenen
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Balz, Kathrin Jana
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2022
Subjects: subject: Heterologe Immunität
subject: T cells
subject: T Zellen
subject: Immunology
subject: FOS: Clinical medicine
subject: Heterologous immunity
subject: Natural sciences &amp; mathematics
subject: Naturwissenschaften
subject: Kreuzreaktivität
subject: Virologie
subject: RNA Viren
subject: Immunologie
subject: Virology

description: Asthma ist eine der bedeutendsten chronischen Entzündungserkrankungen weltweit. Infektionen mit respiratorischen Viren sowie die Expositionen mit Allergenen stellen wichtige Risikofaktoren für die Entwicklung von Asthma dar. Unsere Arbeitsgruppe hat kürzlich einen Influenzavirus-vermittelten protektiven Effekt gegenüber experimentellem Asthma in einem Mausmodell gezeigt, welcher abhängig von kreuzreaktiven T-Effektor-Gedächtniszellen war. Die Hypothese dieser Forschungsarbeit war, dass die virusvermittelte heterologe Immunantwort ein breit anwendbares Konzept für verschiedene Atemwegsviren und Umweltallergene ist. Diese Immunantwort könnte durch kreuzreaktive virusspezifische T-Gedächtniszellen vermittelt werden, die bei Allergenexposition mit einer T1-gesteuerten Immunantwort reagieren. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde eine umfangreiche in-silico Pipeline zur Vorhersage von potenziellen kreuzreaktiven T-Zell Epitoppaaren entwickelt. Diese berücksichtigt sowohl die MHC Bindungsaffinität, als auch die Sequenzähnlichkeit von den T-Zell Epitopen. Ein zusätzliches Bewertungssystem charakterisierte und priorisierte das Allergengegenstück basierend auf klinischer Relevanz. Die MHC Bindung der vorhergesagten Maus Balb/c MHC Klasse I Epitoppaare wurde in einem in-vitro Experiment validiert und positive Bindungspaare wurden für fortfolgende ex-vivo und in-vivo Analysen verwendet. Mit Hilfe von ex-vivo Stimulationsversuchen in einem RSV Mausmodell konnten Immunogenität der vorhergesagten Viruspeptide, sowie Kreuzreaktivität der korrespondierenden Allergenpeptide in Lungen- und Milzzellen bestätigt werden. Zusätzlich zeigte eine duale Pentamer-Färbung mit dem vorhergesagten Kandidatenpaar RSV A2 L356-364 FYNSMLNNI/Asp f 4192-200 WYGNSALTI virus- und allergenspezifische sowie doppelt positive CD8+ T-Effektor-Gedächtniszellen in Lungenzellen von RSV-infizierten Mäusen. Basierend auf diesem Ergebnis und der Tatsache, dass mehrere vorhergesagte Kandidatenpaare von Aspergillus fumigatus (Asp f) stammen, wurden Mäuse mit einem Pool von RSV A2 stammenden Peptiden immunisiert, von denen vorhergesagt wurde, dass sie mit von Asp f stammenden Peptiden kreuzreagieren. Die ex-vivo Stimulation von Milzzellen mit den vorhergesagten Allergenpeptiden führte zu einer erhöhten Proliferation, Aktivierung und Zytokinproduktion von CD8+ T-Zellen. Daraufhin wurde ein potenziell protektiver Effekt einer RSV A2 Infektion auf die Entwicklung von Asp f-induziertem experimentellem Asthma untersucht. Eine vorrangehende Virusinfektion führte zu weniger Eosinophilen und T2-assoziierten Zytokinen in der BAL in allergisch asthmatischen Mäusen im Vergleich zu solchen ohne Virusinfektion, sowie einem Trend für eine reduzierte Häufigkeit von Neutrophilen und T2-assozierten CD8+ T-Zellen in der Lunge. Des Weiteren konnte in Lungenhistologie-Schnitten eine verringerte Anzahl an Schleim-produzierende Becherzellen und weniger Entzündung detektiert werden. Um den Einfluss der vorhergesagten kreuzreaktiven T-Zell-Epitope zur Abschwächung der allergischen Reaktion zu untersuchen, wurden Mäuse mit den vorhergesagten, von RSV stammenden Peptiden immunisiert und anschließend dem Asp f-Mausmodell unterzogen. Diese Tiere wiesen im Vergleich zu Mäusen mit allergischem Asthma ohne vorherige Peptidimmunisierung eine geringere Anzahl an Eosinophilen in der BAL auf, sowie eine leichte Verringerung von IL-5+ CD8+ T Zellen und einer erhöhten Häufigkeit von IFNγ+ CD8+ T-Zellen in Lungenzellen. Neben RSV A2 wurden Epitoppaare für die Virusstämme des saisonalen quadrivalenten Influenza-Impfstoffs 2019/2020 (QIV) vorhergesagt und in-vitro validiert. Ein Mausmodell der Influenza-Impfung wurde etabliert, welches sowohl eine Antikörperantwort als auch eine virusspezifische T-Zell-Antwort induziert. Eine ex-vivo Stimulation von Milzzellen mit den vorhergesagten Allergenpeptiden führte zu einer erhöhten relativen Häufigkeit aktivierter CD8+ CD69+ T-Zellen im Vergleich zu dem Kontrollstimulus in QIV immunisierten Mäusen und nicht-immunisierten Tieren. Anschließend wurde die QIV-Immunisierung mit einem HDM-induzierten experimentellen Asthmamodell kombiniert und eine Reduktion verschiedener Merkmale von allergischem Asthma wurde hier ähnlich wie in dem RSV/Asp f Modell beobachtet, einschließlich der Anzahl von Eosinophilen, Lungenentzündung und Schleimproduktion. Zusammenfassend bestätigen diese Daten eine virusinduzierte heterologe Immunantworten auf Umweltallergene, die zu einer Abschwächung des Allergen-vermittelten experimentellen Asthmas führen. Dabei spielen mehrere epidemiologisch relevante respiratorische RNA-Viren eine Rolle. Ein erweiterter Virus-Peptidpool könnte erforderlich sein, um den gleichen Grad an Reduktion des allergischen Asthmas mit einer Peptid-Immunisierung gegenüber einer Virusinfektion zu induzieren. Weitere Experimente mit menschlichem Biomaterial zur Untersuchung kreuzreaktiver T-Zell-Populationen bei Asthmatikern und gesunden Personen, mit oder ohne Influenza Impfung, oder nach spezifischen Virusinfektionen, würden das translationale Potenzial unserer Ergebnisse unterstützen. Beweise in dieser Hinsicht könnten wichtige Implikationen für zukünftige Impfstrategien mit Peptiden haben, welche eine doppelte anti-virale und anti-allergische Antwort induzieren.