title: Die Rolle von HLA-DO bei der Immunantwort nach allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation
Creators: name: Zeun, Julia
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 0
Subjects: subject: HLA-DO; allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation; Donor-Lymphozyteninfusion; GvHD; DM-sensitive Antigene; GvL
subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 570 Biowissenschaften; Biologie

description: Allogeneic stem cell transplantation (aSCT) is an important procedure for the treatment of hematological malignancies and other hematological diseases. The therapeutic effect relies on the exchange of diseased cells with stem cells of a healthy donor as well as on graft- or DLI derived donor T cells, which recognize and eliminate residual tumor cells (GvL effect). The GvL effect is strongly associated with GvHD, a frequent complication after allogeneic stem cell transplantation, where donor's T cells trigger an immune response against non-hematopoietic cells. A separation of beneficial GvL effect from detrimental GvHD is a potential approach to reduce mortality after aSCT. However, despite numerous efforts this has not been successfully implemented to date. Donor T cells have a key role in mediating GvL and GvHD, so modifications within this cell population represent a conceivable approach to separate the effects. In previous work, we could show that MHC class II restricted MiHA can be divided into two groups – DM-resistant and DM-sensitive – depending on their sensitivity towards HLA DM. DM-sensitive antigens are not presented in the presence of HLA-DM but are dependent on HLA-DO. HLA-DO is a modulator of HLA-DM activity, selectively expressed by APCs and regulated independently of IFN-γ. These properties of HLA-DO could be of advantage in the context of aSCT, as non-hematopoeitic cells even under inflammatory conditions (e.g. after aSCT) ineffectively present DM-sensitive antigens due to the lack of HLA-DO expression. For this reason, we postulate that DM-sensitive antigens and CD4+ T cells directed against DM-sensitive antigens could be used to separate GvL from GvHD after aSCT. The first part of this work deals with the GvHD potential of a modified CD4 DLI and whether this is dependent on the pattern in vivo HLA-DO/ H2-O expression. Therefore, we established a modification procedure in which CD4+ T cells directed against DM-resistant alloantigens were depleted. The re-testing of our modified CD4 DLI showed a profound reduction in the frequency of CD4+ T cells targeting DM-resistant alloantigens. At the same time, we could detect low amounts of CD4+ T cells directed against DM-sensitive alloantigens within the modified CD4 DLI. To test the GvHD potential of this modified CD4 DLI, an in vivo MHC mismatch transplantation model was used. The development of acute GvHD was assessed by measurement of clinical, histological and cellular parameters. Three different recipient mouse strains with differential H2-O expression (B6 H2-Ob KO, B6 WT, B6 H2-O Tg) were used to evaluate whether the GvHD potential is dependent on the in vivo HLA-DO/ H2-O expression pattern. In the current work, we established a novel B6 H2-O Tg mouse strain, which is characterized by ubiquitous H2-O expression. In our transplantation model we could observe a severe acute GvHD in recipients with ubiquitous H2-O expression (B6 H2-O Tg) after administration of modified CD4 DLI. This was indicated by reduced overall survival, increased GvHD scores (locally and systemically), the absence of B cells and presence of T cells of an activated/ exhausted phenotype. Instead, recipients with selective H2-O expression by APCs (B6 WT) showed only mild signs of acute GvHD, which resulted in better overall survial. No signs of acute GvHD were observed for recipients lacking H2 O (B6 H2-Ob KO). In conclusion, the present work confirmed that the GvHD potential of our modified CD4 DLI is dependent on the selective in vivo expression of H2-O. The second part of this work deals with the immunogenicity of DM-sensitive antigens and whether they represent potential target antigens for a GvL effect. In previous work, we could show that DM-sensitive and DM-resistant variants of the model antigens DBY and OVA have a comparable immunogenicity in vitro and in vivo. Based on this, the present work aimed to characterize the immunogenic potential of B cell lymphomas expressing a DM-resistant or DM-sensitive variant of the DBY model antigen. Our in vivo data showed that all DBY expressing B cell lymphomas were recognized by the immune system, demonstrating their immunogenic potential. However, a closer look also revealed that the immunogenic potential of B cell lymphomas expressing DM-sensitive DBY variants was reduced compared to B cell lymphomas expressing DM-resistant variants. This might be due to a low endogenous H2-O expression of the B cell lymphomas. A pilot experiment in which cells had an increased H2-O expression showed enhanced in vivo recognition for one of the two DM-sensitive DBY variants studied. In conclusion, the data in the present work support our hypothesis that CD4+ T cells directed against DM-sensitive antigens potentially allow separation of the therapeutically relevant GvL effect from GvHD. In the present work it could be shown that (1) GvHD induction after administration of modified CD4 DLI (depleted of CD4+ T cells directed against DM-resistant alloantigens) is dependent on in vivo H2-O expression and (2) DM-sensitive antigens have an immunogenic potential. Future studies need to show how the concept of the modified CD4 DLI used in this work can be translated into the clinic to further improve the therapeutic outcome for patients undergoing aSCT.
description: Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation (allo-HSZT) ist ein wichtiges Verfahren zur Behandlung von hämatologischen Tumorerkrankungen und anderen hämatologischen Krankheitsbildern. Die therapeutische Wirkung beruht zum einen auf dem Austausch der erkrankten Hämatopoese mit Stammzellen eines Gesundspenders#. Zum anderen sind die im Transplantat enthaltenen bzw. zusätzlich als Donor-Lymphozyten-Infusion (DLI) verabreichten Spender T-Zellen therapeutisch relevant, da sie residuale Tumorzellen erkennen und eliminieren können (Transplantat – gegen – Leukämie - Effekt; GvL). Der GvL Effekt ist eng mit der Transplantat – gegen – Wirt Erkrankung (graft – versus – host - disease; GvHD), einer häufigen Komplikation nach allo-HSZT, verknüpft, bei der Spender T-Zellen eine Immunreaktion vermitteln, die gegen körpereigene nicht-hämatopoetische Zellen gerichtet ist. Eine Trennung des therapeutisch relevanten GvL Effektes von der GvHD ist ein naheliegender Ansatz, um die mit der allo-HSZT assoziierte Mortalität zu senken und damit einen größeren Therapieerfolg für die Patienten# zu erzielen. Trotz zahlreicher Bemühungen konnte dies jedoch bis heute nicht erfolgreich umgesetzt werden. T-Zellen haben eine Schlüsselrolle in der Vermittlung von GvL und GvHD, sodass Modifikationen innerhalb dieser Zellpopulation einen denkbaren Ansatz zur Trennung der Effekte darstellen. In vorangegangen Arbeiten unserer Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass HLA-Klasse II restringierte Minor-Histokompatibilitätsantigene (MiHA) in Abhängigkeit von ihrer Sensitivität gegenüber HLA-DM in zwei Gruppen eingeteilt werden können – DM-resistent und DM-sensitiv. Die Präsentation DM-sensitiver Antigene erfolgt nicht in Gegenwart von HLA-DM, sondern ist stattdessen abhängig von HLA-DO. Als ein Modulator der HLA-DM Aktivität, der sehr selektiv von klassischen antigen-präsentierenden Zellen (antigen presenting cells; APCs) exprimiert wird und Interferon-γ (IFN-γ) unabhängigen Regulationsmechanismen unterliegt, vereint HLA-DO viele Eigenschaften, die von Vorteil im Rahmen der allo-HSZT sein könnten. Infolge der fehlenden HLA-DO Expression nicht hämatopoetischer Zellen können diese auch unter entzündlichen Bedingungen, wie z.B. nach einer allo-HSZT, DM-sensitive Antigene gar nicht oder nur sehr ineffizient präsentierten. #in der vorliegenden Arbeit inkludieren die Begriffe „Patienten“ und „Spender“ immer Personen aller Geschlechter. Wir postulierten daher, dass DM-sensitive Antigene und die dagegen gerichteten CD4+ T-Zellen eine Trennung des GvL Effektes von der GvHD nach allo-HSZT ermöglichen könnten. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde das GvHD Potential einer modifizierten (mod.) CD4 DLI untersucht und ob dieses abhängig von der in vivo HLA-DO/ H2-O Expression ist. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren zur Modifikation der CD4 DLI etabliert, bei dem CD4+ T-Zellen, die gegen DM-resistente Alloantigene gerichtet sind, aus der T Zellsuspension depletiert wurden. Die Rücktestung der mod. CD4 DLI zeigte eine langfristige Abreicherung dieser CD4+ T-Zellen. Gleichzeitig konnten alloreaktive CD4+ T-Zellen, die gegen DM-sensitive (Allo) Antigene gerichtet sind, und deren GvHD Potenzial bestimmt werden sollte, in niedriger Frequenz nachgewiesen werden. In einem in vivo MHC-Mismatch Transplantationsmodell wurde anschließend das GvHD Potential dieser mod. CD4 DLI untersucht. Die Ausbildung der akuten GvHD (aGvHD) wurde anhand klinischer, histologischer und zellulärer Parameter beurteilt. Um zusätzlich zu zeigen, dass das GvHD Potential der mod. CD4 DLI abhängig von der in vivo HLA-DO/ H2-O Expression ist, wurden drei verschiedene Empfänger mit differentieller H2-O Expression eingesetzt (B6 H2-Ob KO, B6 WT, B6 H2-O Tg). Der B6 H2-O Tg Mausstamm, mit seiner ubiquitären H2-O Expression, wurde in der vorliegenden Arbeit generiert und charakterisiert. Im Transplantationsmodell zeigten transplantierte Tiere mit ubiquitärer H2-O Expression (B6 H2-O Tg) nach Gabe der mod. CD4 DLI eine schwere aGvHD. Dies äußerte sich in einem verminderten Überleben, hohen lokalen und systemischen GvHD Scores, dem Fehlen von B-Zellen sowie einem hohen Anteil an aktivierten/ erschöpften CD4+ T-Zellen. Transplantierte B6 WT Tiere mit selektiver H2-O Expression entwickelten nach Gabe der mod. CD4 DLI eine leichte aGvHD, was sich letztlich in einem verbesserten Überleben widerspiegelte. Keine klinische aGvHD wurde innerhalb der Gruppe der transplantierten B6 H2-Ob KO Tiere nach mod. CD4 DLI Gabe beobachtet. Die vorliegenden in vivo Daten bestätigen, dass das GvHD Potential der mod. CD4 DLI abhängig von der H2-O Expression ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde untersucht inwieweit DM-sensitive Antigene immunogen sind und damit potenzielle Zielantigene für einen GvL Effekt darstellen. In Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe deuteten erste in vitro und in vivo Ergebnisse ein vergleichbares immunogenes Potential DM-sensitiver und DM-resistenter Epitop-varianten der Modelantigene DBY und OVA an. Innerhalb dieser Arbeit wurde darauf aufbauend die Immunogenität von B-Zell-Lymphomen, die eine DM-sensitive oder DM-resistente Epitopvariante des Modelantigen DBY exprimieren, charakterisiert. Im in vivo Tumormodell zeigte sich, dass grundsätzlich alle DBY exprimierenden B-Zell-Lymphome erkannt wurden, also immunogen sind. Die Immunogenität von B-Zell-Lymphomen, die eine DM-sensitive DBY Variante exprimieren, war jedoch niedriger als die von B-Zell-Lymphomen mit DM-resistenten DBY Varianten. Durchgeführte in vitro Untersuchungen zeigten, dass die niedrige endogene H2-O Expression der B-Zell-Lymphomzellen damit im Zusammenhang stehen könnte, aufgrund der zentralen Bedeutung von HLA-DO/ H2-O für die Präsentation DM sensitiver Antigene. In einem ersten Pilotversuch konnte nach Steigerung der H2-O Expression für eine der zwei untersuchten DM-sensitiven DBY Varianten eine leicht verbesserte in vivo Erkennung festgestellt werden. Die in der vorliegenden Arbeit erhobenen Daten unterstützen die Hypothese, dass CD4+ T-Zellen, die gegen DM-sensitive Alloantigene gerichtet sind, potentiell eine Trennung des therapeutisch relevanten GvL Effektes von der GvHD ermöglichen. Innerhalb dieser Arbeit konnten folgende Gesichtspunkte dargestellt werden: (1) Die GvHD Induktion nach Gabe der mod. CD4 DLI (bei der CD4+ T-Zellen, die gegen DM-resistente Alloantigene gerichtet sind, abgereichert wurden) ist abhängig von der in vivo HLA-DO/ H2-O Expression und die selektive Regulation von HLA-DO/ H2-O spielt hierbei eine wichtige Rolle. (2) DM-sensitive Antigene besitzen ein immunogenes Potential. Zukünftige Untersuchungen müssen zeigen, wie das in der vorliegenden Arbeit eingesetzte Konzept der mod. CD4 DLI in die Klinik translatiert werden kann, um so den Therapieerfolg der allo-HSZT für die Patienten weiter zu verbessern.