Utforskande av epigenetiska förändringar av cellulär immunitet vid multidrogresistent tuberkulos med relevans för ny terapi Exploring epigenetic alterations of cellular immunity in multidrug-resistant tuberculosis with relevance for new therapy using epigenetic Tuberkulos (TB) är en luftburen bakteriell lungsjukdom med ett starkt globalt fäste framför allt i utvecklingsländer i Afrika och Asien. Ett allvarligt hot mot den globala kontrollen av TB spridning är utvecklingen av antibiotika resistens och framför allt multidrogresistent TB sk. MDR-TB. Dessa bakteriestammar är resistenta mot många eller ibland samtliga befintliga antibiotika vi har att tillgå för att bota TB. Befintlig MDR-TB behandling kan uppgå till över 2 år och bli väldigt kostsam för drabbade familjer men också för samhället. Vår forskning syftar till utveckla ny immunterapi som kan användas för att stödja befintlig antibiotika behandling och på så sätt förbättra och förkorta vård av MDR-TB.Vi vet att tuberkulosbakterien infekterar och överlever inuti vita blodkroppar sk. makrofager, särskilt i lungan. Trots att makrofagen kan svara på infektionen med en rad avancerade försvarsmekanismer, så kan bakterien ändå klara sig och undkomma avdödning. På så sätt kan TB infektion etableras och involverar i ett senare skede i infektionsförloppet även andra immunceller sk. T celler, vars funktion också är avgörande för hur kroppen kan hantera TB infektionen. Tillsammans med forskare i Etiopien arbetar forskargruppen med ett nytt koncept som innebär att vi använder oss av preparat med effekt på sk. epigenetisk modifiering samt immun-modulering, av immunceller som är viktiga för att kontrollera eller avlägsna TB infektion. Epigenetiska modifieringar av DNA i kroppens celler, innebär att kemiska förändringar av DNA molekylen påverkar hur tillgängligt detta är för att översättas till proteiner eller byggstenar som vidare kan påverka olika signalvägar i tex. immunsystemets celler i kroppen. Immun-modulerande preparat har istället en direkt effekt på olika proteiner som uttrycks av eller i immunceller och kan därmed styra hur immuncellerna ska svara. Tuberkulosbakterien har utvecklat strategier för att blockera effektiv aktivering av immunceller, och tanken är att preparaten med epigenetiska- och immun-modulerande egenskaper tillsammans ska motverka denna blockering och låsa upp och stärka immunsvaret vilket kan påskynda utläkning av sjukdom.Det finns en grupp preparat som kan reglera epigenetiska mekanismer och som kallas för histone deacetylas inhibitorer (HDACi). I en klinisk prövning i Etiopien, har vi undersökt om behandling med en HDACi (fenylbutyrat), tillsammans med vitamin D, kan samverka för att stärka immunsvaret och förhindra sjukdomsförloppet hos patienter med lungtuberkulos. Prövningen visade att preparaten kan minska TB symtom avsevärt och vi har nu för avsikt att närmare studera immunsvar och epigenetiska förändringar i immunceller från de patienter som svarat bäst på behandlingen jämfört med patienter som fått placebo läkemedel. Vi tror att dessa analyser kan hjälpa oss att identifiera uttryck av specifika molekyler på ytan av immunceller i blodet, som vi kan reglera med epigenetiska- och immun-modulerande preparat med avsikten att stärka kroppens egna immunsvar mot bakterien. För att kunna testa vår hypotes, kommer vi vidare att samla in hostprover samt blodprover och lungvävnads biopsier från Etiopiska patienter med MDR-TB. Makrofager isoleras från hostprov och behandlas med ett flertal olika HDACi för att studera vilken som bäst kan stärka cellens försvarsmekanismer och öka bakteriell avdödning. Från samma patienter testar vi om olika immun-modulerande preparat kan blockera de molekyler och signalvägar som vi tror har en negativ inverkan på T celler i blodet, och på så sätt stärka T cellers funktion samt deras förmåga att kontrollera TB sjukdom. Till sist avser vi att kombinera en kandidat HDACi med en immun-modulator med syftet att först 1.) aktivera MDR-TB-infekterade makrofager, för att i nästa steg 2.) aktivera T cellerna vars funktion är att döda infekterade makrofager. Vår förhoppning är att kunna tyda mönster som kopplar en viss epigenetisk förändring i MDR-TB-infekterade celler till en ökning av försvarsmekanismer hos immuncellerna. Positiva resultat från vår forskning bidrar direkt till patientnyttan, eftersom preparat som stärker immunsvar har möjligheten att stödja konventionell antibiotika behandling och påskynda utläkningen av svårbehandlad MDR-TB. Likt modern cancersjukvård, så strävar vi emot en individanpassad TB sjukvård som innebär flera behandlingsalternativ som i längden kan förkorta och förbättra behandling samt minska utveckling av antibiotika resistens. Multidrug-resistant tuberculosis (MDR-TB) with low treatment success rates is a growing global problem, and a priority is to find new effective therapies. This project aims to explore the effects of epigenetic- and immune-modulating drugs on MDR-TB in Ethiopia. Our data from TB patients suggests that impaired cellular immunity in infected tissue is associated with high expression of suppressive immune checkpoint molecules. However, effector mechanisms in TB-infected cells can be enhanced by histone deacetylase inhibitors (HDACi). In a clinical trial in Ethiopia, we recently demonstrated that vitamin D3 and the HDACi, phenylbutyrate, could improve recovery from pulmonary TB. Using mass cytometry and chromatin profiling, we will now study immune checkpoint molecules and epigenetic alterations in immune cells obtained from treatment-responders with drug-susceptible or MDR-TB (year 1). In parallel, we will enroll an MDR-TB cohort to test selected HDACi on alveolar macrophage function and if blockade with immune checkpoint modulators can enhance cytotoxic T cell responses in blood cells in vitro (year 1-3). Next, patients’ MDR-TB isolates will be used in an in vitro infection model to test if epigenetic priming in combination with immune checkpoint modulation will enhance effector cell function and reduce bacterial growth (year 3). This collaborative project will promote clinical discoveries and the development of next-generation therapies for difficult-to-treat MDR-TB patients.