T-cell epitopes from viral and tumor associated antigens: induction and analysis of antigen-specific T cells

Abstract

T cells are important effectors in the defense of human pathogens entering the organism. CD8+ T cells recognize peptides which are presented by MHC class I molecules and lyse cells which are infected by virus or intracellular pathogens. Moreover, they are able to destroy cancer cells. CD4+ T cells recognize peptides from exogenous proteins acquired by endocytosis or from internalized plasma membrane proteins which are presented on MHC class II. CD4+ T cells play an important role in the defense of bacteria and activation of the humoral immune response. The human cytomegalovirus (HCMV) is a cause of morbidity and mortality in immunocompromised persons. In contrast, in immunocompetent individuals HCMV is successfully controlled by specific CD8+ and CD4+ T cell responses. One aim of this thesis was the analysis of CD8+ and CD4+ T cell responses against HCMV to identify T cell epitopes which could be used for the development of a vaccine against the virus. Ex vivo analyses were performed with blood of healthy donors of different HLA-types using recombinant peptide/MHC I complexes and/or intracellular cytokine staining to characterize T cell epitopes of HCMV. New T cell epitopes of several HLA restrictions could be identified. Furthermore, some were analysed with respect to immunodominant features and hierarchies among T cell epitopes identified. Furthermore, in vitro experiments were used to identify new T cell epitopes, e.g. stimulation of PBMCs from healthy donors with peptide loaded dendritic cells (DCs). Knowledge of T cell epitopes and their immundominant features can be useful for the generation of antigen-specific T cells for adoptive immunotherapy or for the development of a peptide-based vaccine against HCMV. A further aim of this thesis was the induction and analysis of CD8+ and CD4+ T cell responses against tumor-associated antigens. MHC class II ligands identified by mass spectrometric methods were used to perform in vitro stimulations. For CD8+ T cell stimulation, artificial antigen presenting cells (aAPCs) were used, for generation of antigen specific CD4+ T cells, DCs were loaded with peptides and used as APCs. Several new helper T cell epitopes from different tumor-associated antigens were identified.

Zur Abwehr humanpathogener Organismen sind T-Zellen unerlässlich. CD8+ T-Zellen erkennen Peptide, die auf MHC Klasse I präsentiert werden und stellen Abwehrreaktionen gegen Viren und intrazelluläre Erreger, aber auch gegen Krebs, bereit. CD4+ T-Zellen erkennen MHC Klasse II-präsentierte Peptide, die aus dem Inneren von Vesikeln stammen und spielen somit eine Rolle bei der Abwehr von Bakterien, aber auch bei der Anregung des humoralen Immunsystems über Aktivierung von B-Zellen. Das humane Cytomegalievirus (HCMV) verursacht bei Patienten mit geschädigtem oder nicht voll ausgebildetem Immunsystem häufig schwere bis tödlich verlaufende Infektionen. Bei immunkompetenten Individuen hingegen wird das Virus erfolgreich durch spezifische CD8+ und CD4+ T-Zellen kontrolliert. Ein Ziel dieser Arbeit war es, CD8+ und CD4+ T-Zellantworten gegen das humane Cytomegalievirus (HCMV) zu untersuchen, um T-Zellepitope für mögliche Impfstoffe zu identifizieren. Zur Charakterisierung von T-Zellepitopen aus HCMV wurden zum einen ex vivo-Analysen in gesunden Spendern verschiedener HLA-Typisierung unter Verwendung rekombinanter Peptid/MHC I-Komplexe oder intrazellulärer Zytokinfärbung durchgeführt. Neue T-Zellepitope zahlreicher HLA-Restriktionen konnten identifiziert werden. Einige wurden zusätzlich hinsichtlich ihrer Immundominanz oder Hierarchie untereinander beleuchtet. Auch in vitro-Experimente, beipielsweise die Stimulation von gesunden Spender-PBMCs mit Peptid-beladenen dendritischen Zellen (DCs), trugen zur Identifizierung neuer T-Zellepitope bei. Dieses Wissen um T-Zellepitope und ihre immundominanten Eigenschaften kann nützlich sein für die Generierung antigen-spezifischer T-Zellen für adoptive Immuntherapien oder für die Entwicklung einer Peptid-basierenden HCMV-Vakzine. Neben viralen T-Zellantworten war ebenso die Induktion und Analyse von CD8+ und CD4+ T-Zellantworten gegen tumorassoziierte Antigene Bestandteil dieser Arbeit. Mittels massenspektrometrischer Verfahren identifizierte MHC Klasse II-Liganden wurden für in vitro Stimulationen eingesetzt. Artifizielle Antigen-präsentierende Zellen wurden als Werkzeuge für die Stimulation von Antigen-spezifischen CD8+ T-Zellen genutzt, während CD4+ T-Zellen mittels Peptid-beladener dendritischer Zellen stimuliert wurden. Dies führte zur Identifizierung neuer T-Zellepitope aus verschiedenen Tumor-assoziierten Antigenen.