Dokument: Charakterisierung von CMV-assoziierten NKG2C+ NK-Zellen und deren Einfluss auf antivirale Immunität
| Titel: | Charakterisierung von CMV-assoziierten NKG2C+ NK-Zellen und deren Einfluss auf antivirale Immunität | |||||||
| Weiterer Titel: | Characterization of CMV-associated NKG2C+ NK cells and their impact on antiviral immunity. | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=58411 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220104-105725-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Grutza, Ralf [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Jörg Timm [Gutachter] Philipp Lang [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Das Cytomegalovirus (CMV) ist ein persistierendes β Herpesvirus und hat abhängig von sozioökomischen Faktoren eine Seroprävalenz zwischen 45% und 100%. Bei einer primären CMV-Infektion zeigen immunkompetente Personen meist keine, seltener milde, grippeähnliche Symptome. Wie alle Herpesviren persistiert auch CMV in einem Stadium der Latenz. Bei immungeschwächten Personen, wie z.B. mit dem Humanen Immundefizienz-Virus (HIV) infizierte Personen, Krebspatienten oder Patienten nach einer Organtransplantation, kann CMV reaktivieren und schwere Krankheitssymptome auslösen. Durch die lange Koevolution von CMV und dem humanen Wirt hat sich eine komplexe Virus-Wirt-Interaktion entwickelt, die im humanen Immunsystem als ein phänotypischer CMV „Fußabdruck“ beobachtet werden kann. Beispiele für Veränderungen des Immunsystems nach einer primären CMV Infektion sind die Expansion von Gedächtnis T Zellen (TEMRA; terminally differentiated effector memory) und NKG2C+ NK Zellen.
In dieser Arbeit wurde der Einfluss von CMV-assoziierten Änderungen des Immunsystems auf verschiedene immunologische Mechanismen analysiert. Dabei wurde ein besonderer Fokus auf die CMV-assoziierten NKG2C+ NK-Zellen gelegt. Der Ligand vom aktivierenden NKG2C-Rezeptor ist das nicht-klassische MHC-I-Molekül (MHC; Major Histocompatibility Complex) HLA-E. Hier wurde unter anderem der Einfluss von NKG2C+ NK-Zellen auf HLA-Ehigh exprimierende T-Zellen untersucht. Mit Hilfe von peptidabhängiger Stabilisierung der HLA-E Expression auf der Jurkat CD4 T-Zelllinie konnte eine erhöhte Zytotoxizität, gemessen an Granzym B, von NKG2C+ NK-Zellen gegen HLA-Ehigh exprimierende T-Zellen beobachtet werden. In Übereinstimmung mit diesen Daten konnten höhere Apoptoseraten, gemessen an aktiver Caspase 3/7, in HLA-Ehigh im Vergleich zu HLA Elow exprimierenden Jurkat-Zellen nach Kultivierung mit peripheren Blutmononukleären Zellen (peripheral blood mononuclear cells; PBMCs) mit einer hohen Frequenz von NKG2C+ NK-Zellen (> 20%) beobachtet werden. Eine niedrigere Frequenz von Gedächtnis-T-Zellen (TEMRA), die bekannt für eine hohe HLA E Expression sind, in CMV seropositiven (CMVpos) Personen mit hohen Frequenzen von NKG2C+ NK-Zellen, unterstützt die Annahme einer immunregulatorischen Funktion von NKG2C+ NK-Zellen gegenüber HLA Ehigh exprimierenden T-Zellen. Neben dem NKG2C-Rezeptor werden auf CMV-assoziierten NKG2C+ NK-Zellen im Vergleich zu anderen NK-Zellpopulationen auch weitere Oberflächenmoleküle stärker oder schwächer exprimiert. Für die Suche nach weiteren immunregulatorischen Funktionen und möglichen Interaktionspartnern von NKG2C+ NK-Zellen wurde die Oberflächenexpression von insgesamt 361 Molekülen untersucht. Bei dieser phänotypischen Charakterisierung wurde ein verändertes Rezeptorrepertoire auf NKG2C+ NK Zellen im Vergleich zu NKG2A+ und NKG2A C¬- NK Zellen beobachtet. Neben bereits in der Litertur beschriebenen Unterschieden in der Expression von einigen Oberflächenmolekülen auf NKG2C+ NK Zellen, konnten wir zusätzlich höhere Expressionen von CD52, CD44, CD49d, CD18 und niedrigere Expressionen von CD160, CD49f, CD31 und CD119 auf NKG2C+ NK Zellen messen. Erhöhte Frequenzen von Adhäsionsmolekülen und co-Stimulatoren lassen bei NKG2C+ NK-Zellen verstärkte Formationen von Effektor-Target Zellkonjugaten und stärkere Aktivierungen über co-Stimulatoren vermuten. Nachdem bereits gezeigt werden konnte, dass in Anwesenheit von NKG2C+ NK-Zellen eine schwächere Expansion von CMV-spezifischen CD8 T Zellen in vitro messbar ist, stellt sich die Frage, ob es auch in vivo eine schwächere Expansion von virusspezifischen CD8 T Zellen in Probanden mit einer hohen Frequenz von NKG2C+ NK-Zellen gibt. Obwohl proteinbasierte Impfstoffe generell schwächere CD8 T-Zellantworten hervorrufen, wurden Influenza-spezifische CD8 T-Zellen in Probanden nach einer Impfung mit dem Influenza-Impfstoff Influvac® Tetra aufgrund einer verfügbaren, gut definierten Impfkohorte analysiert. Weder in Matrixprotein-spezifischen, noch in Hämagglutinin-spezifischen CD8 T-Zellen konnte eine durch die Impfung ausgelöste Immunantwort gemessen werden. Eine weitere messbare Immunantwort ist der Antikörpertiter. Da wir auf B Zellen minimal höhere HLA-E Expressionen als auf CD8 T Zellen messen konnten, sollte überprüft werden, ob NKG2C+ NK-Zellen die Antikörperproduktion nach einer Impfung beeinflussen. Die Antikörpertiter einen Monat nach der Influenza-Impfung, sowie der generelle Anstieg des Antikörpertiters waren unabhängig von der Frequenz von NKG2C+ NK-Zellen und dem CMV-Serostatus. Die Untersuchung der humoralen Antwort bei Mitarbeitern und Bewohnern eines Altenheims nach einer SARS-CoV-2-Impfung ergab ebenfalls keinen statisisch signifikanten Unterschied im Antikörpertiter in Abhängigkeit des CMV-Serostatus. Dennoch konnte bei über 40-jährigen CMVpos Personen eine Tendenz zu niedrigeren Antikörpertitern nach der zweiten SARS-CoV 2-Impfung beobachtet werden. Gründe dafür könnten eine beschleunigte Alterung des Immunsystems oder höhere Frequenzen von NKG2C+ NK-Zellen bei CMVpos Personen sein, jedoch waren in dieser Kohorte keine PBMCs für eine Korrelationsanalyse zwischen der Frequenz von NKG2C+ NK-Zellen und dem Antikörpertiter verfügbar. In dieser Arbeit konnte die Hypothese der immunregulatorischen Funktion von NKG2C+ NK Zellen gegenüber T Zellen mit hoher HLA-E Expression unterstützt werden. Für zukünftige Untersuchungen wäre nicht nur der Einfluss von NKG2C+ NK-Zellen auf die Expansion von anderen virusspezifischen T-Zellen sowohl in vitro als auch in vivo interessant, sondern auch die Untersuchung von B-Zellen, die aufgrund der hohen HLA-E Expression ebenfalls von NKG2C+ NK-Zellen beeinflusst werden könnten. Zusätzlich hat das Screening der Oberflächenmoleküle neue Einblicke in das Rezeptorrepertoire von NKG2C+ NK Zellen im Vergleich zu anderen NK Zellsubpopulationen gegeben. Funktionelle Analysen mit Fokus auf diese Oberflächenmoleküle sind nötig, um die Rolle der NKG2C+ NK Zellen im Kontext von Infektionen besser verstehen zu können. Bezogen auf die humorale Antwort nach einer Impfung konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen CMVpos und CMVneg Personen beobachtet werden. Dennoch gibt es eine Tendenz zu schwächeren humoralen Immunantworten in älteren CMVpos Personen. Insgesamt wird das humane Immunsystem deutlich durch eine CMV-Infektion verändert, weshalb es wahrscheinlich ist, dass sich auch die Immunantwort gegen heterologe Infektionen verändert. Daher ist es wichtig, weitere CMV-assoziierte Änderungen mit Hinblick auf die Immunantwort gegen heterologe Infektionen zu untersuchen. Besonders die Expansion von NKG2C+ NK-Zellen ist CMV-spezifisch und sollte aufgrund des veränderten Rezeptorrepertoires funktionell genauer untersucht werden.Cytomegalovirus (CMV) is a persistent β herpesvirus and has a fluctuating seroprevalence between 45% and 100%, depending on socioeconomic factors. A primary CMV-infection in immunocompetent individuals is asymptomatic or associated with mild, flu-like symptoms. Like all herpesviruses, CMV persists in a stage of latency. In immunocompromised individuals, such as those infected with human immunodeficiency virus (HIV), cancer patients, or patients after organ transplantation, CMV can reactivate and cause severe symptoms of disease. The long co-evolution of CMV and the human host has resulted in a complex virus-host interaction that can be observed in the human immune system as a phenotypic CMV "footprint". Examples of immune system changes following primary CMV infection include expansion of memory T cells (TEMRA; terminally differentiated effector memory) and NKG2C+ NK cells. In this work, we analyzed the influence of CMV-associated changes in the immune system on various immunological mechanisms. A particular focus was placed on CMV-associated NKG2C+ NK cells. The ligand of the activating NKG2C receptor is the non-classical MHC class I molecule (MHC; major histocompatibility complex) HLA-E. Here, we investigated the impact of NKG2C+ NK cells on HLA Ehigh expressing T cells. Through the use of peptide-dependent stabilization of HLA-E expression on the Jurkat CD4 T cell line, we observed increased cytotoxicity of NKG2C+ NK cells against HLA-Ehigh expressing T cells, measured by granzyme B. In agreement with these data, higher apoptosis rates, measured by active caspase 3/7, were observed in HLA-Ehigh compared to HLA-Elow expressing Jurkat cells after culturing with peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) with a high frequency of NKG2C+ NK cells (> 20%). A lower frequency of terminally differentiated effector memory CD8 T cells (TEMRA), which are known to express high levels of HLA-E, in CMV seropositive (CMVpos) individuals with a high frequency of NKG2C+ NK cells supports the assumption of an immunoregulatory function of NKG2C+ NK cells over HLA Ehigh expressing T cells. Surface molecules other than the NKG2C receptor are also differentially expressed on CMV-associated NKG2C+ NK cells compared to other NK cell populations. To search for additional immunoregulatory functions and possible interaction partners of NKG2C+ NK cells, the surface expression of a total of 361 molecules was examined. In this phenotypic characterization, an altered receptor repertoire was observed on NKG2C+ NK cells compared to NKG2A+ and NKG2A-C- NK cells. In addition to differences in the expression of some surface molecules on NKG2C+ NK cells already described in the literature, we also measured higher expressions of CD52, CD44, CD49d, CD18 and lower expressions of CD160, CD49f, CD31, and CD119 on NKG2C+ NK cells. Increased frequencies of adhesion molecules and co-stimulators suggest enhanced formations of effector-target cell conjugates and stronger activations by co-stimulators in NKG2C+ NK cells. After it was shown that a weaker expansion of CMV-specific CD8 T cells is measurable in the presence of NKG2C+ NK cells in vitro, the question arose whether there is also a weaker expansion of virus-specific CD8 T cells in vivo in subjects with a high frequency of NKG2C+ NK cells. Although protein-based vaccines generally elicit fewer CD8 T cell responses, influenza-specific CD8 T cells were analyzed in subjects following vaccination with the influenza vaccine Influvac® Tetra based on an available, well-defined vaccination cohort. Neither in matrix protein-specific nor in hemagglutinin-specific CD8 T cells could we measure an immune response triggered by the vaccination. Another measurable immune response are antibody titers. Since we were able to measure minimally higher HLA-E expressions on B cells compared to CD8 T cells, we aimed to test whether NKG2C+ NK cells influence antibody production after vaccination. Antibody titers one month after influenza vaccination, as well as the increase in antibody titers, were independent of CMV serostatus and the frequency of NKG2C+ NK cells. Examination of the humoral response in staff and residents of a nursing home after SARS-CoV-2 vaccination also revealed no statistically significant difference in antibody titer as a function of CMV serostatus. Nevertheless, CMVpos individuals over 40 years of age tended to have lower antibody titers after the second SARS-CoV-2 vaccination. Reasons for this could be accelerated aging of the immune system or higher frequencies of NKG2C+ NK cells in CMVpos individuals, however no PBMCs were available in this cohort for correlation analysis between frequency of NKG2C+ NK cells and antibody titers. In this work, our hypothesis of an immunoregulatory function of NKG2C+ NK cells towards T cells with high HLA-E expression was supported. For future studies, it would not only be interesting to investigate the influence of NKG2C+ NK cells on the expansion of other virus-specific T cells both in vitro and in vivo, but to also investigate B cells, which might be influenced by NKG2C+ NK cells due to their high HLA-E expression. In addition, screening of surface molecules has provided new insights into the receptor repertoire of NKG2C+ NK cells compared to other NK cell subpopulations. Functional analyses focusing on these surface molecules are needed to better understand the role of NKG2C+ NK cells in the context of infection. With respect to humoral response after vaccination, no statistically significant differences were observed between CMVpos and CMVneg individuals. Nevertheless, there tends to be a weaker humoral immune responses in elderly CMVpos individuals. Overall, the human immune system is significantly altered by CMV infection, and it is therefore likely that the immune response against heterologous infections is also altered. Hence, it is important to investigate further CMV-associated changes with regard to the immune response against heterologous infections. In particular, the expansion of NKG2C+ NK cells is CMV-specific and should be functionally studied in more detail due to the altered receptor repertoire. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Virologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 04.01.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 04.01.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 28.10.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 17.12.2021 |
