AG Prof. Dr. Schirmbeck

Forschungsprojekte:

1) Hepatitis B virus tg mice:
Exploring immune modulating strategies to restore antiviral effector functions of intrahepatic CD8 T cells

Reconstitution of antiviral immunity by vaccination is an attractive option to specifically control chronic hepatitis B virus (HBV) infection. To characterize HBV-specific CD8 T cell responses in the presence of a liver that produces all HBV antigens, we established the 1.4HBV-Smut transgenic (tg) line that harbours a replicating HBV genome in the liver, produces HBV large/middle surface (S) and core/precore (C/E) antigens but secretes neither small S particles, nor HBV virions. DNA vaccines efficiently induce core- (but not S-) specific CD8 T cell responses that transiently suppress HBV replication in the liver of 1.4HBV-Smut tg mice. Intrahepatic, specific CD8 T cells in vaccinated 1.4HBV-Smut tg mice show reproducible changes in their phenotype and cytokine profile that coincide with their loss of antiviral activity (‘exhaustion’).    The project aims to elucidate systemic and intrahepatic regulatory effects that set off ´exhaustion´ of specific CD8 T cells in vaccinated 1.4HBV-Smut tg mice. We will use 1.4HBV-Smut tg mice crossed to well-defined tg or KO lines (deficient for coinhibitory molecules, regulator cells or cytokines) and vaccinated with HBcAg- or HBsAg-encoding vaccines. We will combine specific vaccination with antiviral drug (Tenofovir®) treatment and/or immune modulating protocols in an attempt to maintain an antiviral phenotype in the specific, intrahepatic T cells. We are in particular interested in: (i) the characterization of the kinetics of primary and boosted CD8 T cell responses in wt versus tg animals; (ii) changes in phenotype and cytokine secretion of CD8 T cells and hepatocytes; and (iii) epitope specificities of CD8 T cells. To selectively analyze intrahepatic effector CD8 T cell responses, we will use adoptive transfer experiments (CD8 T cells from vaccinated wt or KO mice transferred into wt or KO 1.4HBV-Smut tg mice). These studies may help to rationally design specific immune intervention protocols that attenuate the functional ‘exhaustion’ of CD8 T cells in chronic infection with hepatotropic viruses.


 
2) ageing:
Die Regulation muriner CD8+ T Zellantworten mit fortschreitendem Alter

In (mehr als 2 Jahre) alten Mäusen konnten mit ausgewählten Vakzinierungsstrategien CD8 T Zellantworten effizient induziert werden. Wurde ein in 3 Monate alten Mäusen etabliertes, spezifisches CD8 T Zell memory im Alter von 2 Jahren abgerufen, fanden wir eine überschiessende, spezifische T Zellantwort, obwohl Foxp3+ CD4 Regulator T (Treg) Zellen (die die Induktion zellulärer Immunantworten massgeblich kontrollieren) in alten Mäusen drastisch vermehrt sind. Im Gegensatz dazu konnten wir mit unterschiedlichen Vakzinierungsprotokollen in alten Mäusen keine humorale Immunität induzieren.
Wir wollen die Frage untersuchen, aus welchem CD8 T Zellkompartiment durch Vakzinierung im Alter spezifische CD8 T Zellreaktivität rekrutiert werden kann. Die T-Lymphopoese erlischt mit fortschreitendem Alter. Es sind <5% der peripheren CD8 T Zellen in alten Mäusen naiv, und die funktionelle Kompetenz dieser ‚alten‘ (oligoklonalen und rasch proliferierenden) naiven T Zellen ist umstritten. Das Markerprofil (CD44, CD62L, CD127, CCR7, CD122, KLRG1, CD69, PD-1) der dominierenden Population der CD8 memory T (TM) Zellen in Milz und Knochenmark alter Mäuse ist heterogen und unterscheidet sich von dem der entsprechenden TM Zellpopulation junger Mäuse. In multiparameter FACS Analysen (in Kooperation mit P8) identifizieren wir zur Zeit polyklonale und spezifische (Tetramer+) CD8 TM Zellpopulationen aus Milz und Knochenmark alter (und junger) Mäuse, deren funktionelle Kompetenz in adoptiven Transfers vergleichend evaluiert werden soll. Werden spezifische (oder polyklonale) ‚alte‘ CD8 TM Subpopulationen gefunden, die im adoptiven Wirt durch Vakzinierung effizient aktiviert werden können, wird ihre Suszeptibilität für die regulatorische Kontrolle durch junge versus alte Foxp3+ CD4 Treg getestet. Im Modell des durch autoreaktive CD8 T Zellen induzierten ‚experimentellen Autoimmundiabetes’ (EAD) konnten wir zeigen, dass die Vakzinierung alter Mäuse (Präproinsulin-) spezifische, diabetogene CD8 T Zellen generiert. Die CD8 T Subpopulation, aus der im Alter durch Immunisierung autoreaktive, pathogene CD8 T Zellen generiert werden, soll (mit der oben kurz dargestellten Strategie) bestimmt werden. Die regulatorische Kontrolle der Induktion und/oder Effektorphase diabetogener CD8 T Zellen soll in jungen versus alten Mäusen vergleichend analysiert werden. Die geplanten Untersuchungen fokussieren sich auf die Frage, ob spezifischen (anti-viralen oder autoreaktiven) CD8 T Zellantworten im Alter eine Aktivierung naiver CD8 T Zellen oder kreuzreaktiver CD8 TM Zellen zu Grunde liegt, die möglicherweise durch alternative Treg Subsets/Funktionen kontrolliert werden.


 
3) preclinical mouse models of type 1 diabetes:
Charakterisierung der lokalen Wechselwirkungen autoreaktiver CD8 T Zellen mit dem Insulin-exprimierenden, pankreatischen Zielgewebe des humanen Typ1 Diabetes.

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Induktion von murinen CD8 T Zellantworten. Die gegenwärtig verfügbaren Technologien basieren auf synthetischen Peptiden, rekombinanten Proteinkonstrukten, DNA-basierten Expressionsvektoren und viralen Vektoren. Diese Strategien wurden eingesetzt, um protektive und therapeutische T Zellantworten in präklinischen Modellen der chronisch-persistierenden HBV-Infektion zu induzieren. Diese Ansätze ähneln in vielen Aspekten dem Durchbrechen von Selbsttoleranz in der Induktion experimenteller Autoimmunkrankheiten. Um die Aspekte der Infektions- und Autoimmunitätsforschung zu verknüpfen hat unsere Arbeitsgruppe in den letzten drei Jahren (in einem SFB-geförderten Projekt) verschiedene Mausmodelle etabliert um die CD8 T Zell-vermittelte Induktion eines experimentellen Autoimmundiabetes (EAD) zu charakterisieren: (1) RIP-B7.1 transgene Mäuse, die das ko-stimulatorische B7.1 (CD80) Molekül in pankreatischen beta Zellen exprimieren; (2) PD-L1-/- KO Mäuse denen selektiv das ko-inhibitorische PD-L1 Molekül fehlt und (3) wild-typ B6 Mäuse. Durch Immunisierung mit spezifischen Insulinantigenen kann in RIP-B7.1 und PD-L1 Mäusen direkt ein EAD ausgelöst werden. Durch zusätzliche Ko-stimulation oder fehlende Ko-inhibition auf den beta Zellen können autoreaktive CD8 T Zellen mit dem Zielgewebe interagieren und die Insulin-exprimierenden beta Zellen spezifisch zerstören. Ein besonders attraktives Diabetesmodell konnte in der B6 Maus etabliert werden. Diese Mäuse induzieren nach Insulin-spezifischer Immunisierung CD8 T Zellen die ihr Zielgewebe per se nicht zerstören. Erst nach spezifischer Blockade der Ko-inhibition (durch anti PD-L1-spezifische Antikörper) wandern CD8 T Zellen in die pankreatischen Inseln ein und zerstören die Insulin-produzierenden beta Zellen. Im Vergleich zum NOD System ist die Diabetesentwicklung unabhängig vom Geschlecht der Mäuse. In unseren Immunisierungsstudien konnten wir zudem neue Aspekte aufzeigen, wie Präproinsulin in nicht-pankreatischen Zellen für die Induktion von CD8 T Zellen prozessiert und präsentiert wird. Die wichtigsten Erkenntnisse sind: die Antigene müssen im Endoplasmatischen Retikulum (ER) exprimiert werden um Insulin-spezifische CD8 T Zellen zu stimulieren und rekombinante „exogene“ Antigene stimulieren keine diabetogenen CD8 T Zellen.
In diesem Projekt sollen die lokalen Wechselwirkung autoaggressiver CD8 T Zellen mit dem Insulin-exprimierenden, pankreatischen Zielgewebe in der B6 Maus charakterisiert werden. Diese Mäuse induzieren nach Insulin-spezifischer Immunisierung CD8 T Zellen die ihr Zielgewebe per se nicht zerstören, aber nach adoptiven transfer in ´Diabetes-sensible´ RIP-B7.1 tg Mäuse ihr diabetogenes Potential entfalten. Ziel ist es, den Phänotyp von pankreatischen beta Zellen in der B6 Maus experimentell zu modulieren um von autoreaktiven T Zellen erkannt und zerstört zu werden. Zwei Ansätze sollen mit Vorrang bearbeitet werden: (1) Modulation durch Immunmediatoren (z.B., Interleukine, IFNalpha/ß/, poly I/C, Antikörpertherapie gegen spezifische Zelloberflächenmoleküle; (2) Verwendung von Mausvarianten (auf dem B6 Hintergrund), denen spezifische Immunmediatoren (PD-L1, IFNy, IFN-IR, IL10), oder T Zellpopulationen (CD4 T Zellen, NKT Zellen, regulatorische T Zellen) fehlen. Wir erwarten, dass diabetogene Faktoren identifiziert werden, die die „Zugänglichkeit“ der pankreatischen beta Zellen für autoreaktive CD8 T Zellen auslösen, bzw.  die autoreaktiven T Zellen tolerisieren/eliminieren können. Wir erwarten, dass diese Versuchsansätze neue Erkenntnisse aufdecken um die immunologischen Mechanismen der Pathogenese des humanen T1D besser verstehen zu können.

Ausgewählte Publikationen

1. Brosi, H., M. Reiser, T. Rajasalu, A. Spyrantis, F. Oswald, B. O. Boehm, and R. Schirmbeck. 2009. Processing in the endoplasmic reticulum generates an epitope on the insulin A chain that stimulates diabetogenic CD8 T cell responses. J.Immunol. 183:7187-7195.
   
   
2. Wieland, A., P. Riedl, J. Reimann, and R. Schirmbeck. 2009. Silencing an immunodominant epitope of hepatitis B surface antigen reveals an alternative repertoire of CD8 T cell epitopes of this viral antigen. Vaccine 28:114-119.
   
   
3. Riedl, P., A. Wieland, K. Lamberth, S. Buus, F. Lemonnier, K. Reifenberg, J. Reimann, and R. Schirmbeck. 2009. Elimination of immunodominant epitopes from multispecific DNA-based vaccines allows induction of CD8 T cells that have a striking antiviral potential. J.Immunol. 183:370-380.
   
   
4. Bochtler, P., P. Riedl, I. Gomez, R. Schirmbeck, and J. Reimann. 2008. Local accumulation and activation of regulatory Foxp3+ CD4 T(R) cells accompanies the appearance of activated CD8 T cells in the liver. Hepatology 48:1954-1963.
   
   
5. Schirmbeck, R., J. Reimann, S. Kochanek, and F. Kreppel. 2008. The immunogenicity of adenovirus vectors limits the multispecificity of CD8 T-cell responses to vector-encoded transgenic antigens. Mol.Ther. 16:1609-1616.
   
   
6. Karges, W., T. Rajasalu, A. Spyrantis, A. Wieland, B. Boehm, and R. Schirmbeck. 2007. The diabetogenic, insulin-specific CD8 T cell response primed in the experimental autoimmune diabetes model in RIP-B7.1 mice. Eur.J.Immunol. 37:2097-2103.

Drittmittel: