Mapping of the anti-adenoviral cytotoxic T cell response mediated by HLA-A*01, -A*02, and -A*24

Abstract

Human adenovirus infections are a serious threat to immunocompromised individuals, especially stem cell transplantation patients, and a considerable cause of mortality. Although the T cell immune response seems to be essential for the control and clearance of the disease and correlates with a positive course of disease, few adenoviral CD8 T cell epitopes have been identified and their clinical relevance has remained largely unknown.

This study was therefore aimed at applying the strategy of reverse immunology and mapping the cytotoxic T cell epitopes from adenovirus for three important HLA allotypes. The main focus was the identification of immunodominant epitopes that elicit T cell responses in most infected hosts of the appropriate HLA genotype. Therefore, the SYFPEITHI algorithm was applied to predict likely epitopes from the primary sequences of three proteins (hexon, pVIII, E1A) of two viral strains (Ad2, Ad5). Candidate epitopes were synthesized as peptides and the PBMCs of healthy donors examined for memory T cell responses specific to them. For this purpose specific T cells were amplified before testing in order to recognize weak responses difficult to detect ex vivo. The HLA restriction of the identified epitopes was verified by testing donors with and without the supposed allotype and by tetramer staining. Specific cell populations were further characterized phenotypically and functionally.

For each of the three allotypes one immunodominant epitope could be identified, i.e. LTDLGQNLLY for HLA-A*01, LLDQLIEEV for HLA-A*02, and TYFSLNNKF for HLA-A*24. Furthermore, it became apparent that the T cell response mediated by HLA-A*02 is directed mainly against the protein E1A. The epitopes from E1A described here are the first to be described that are presented on MHC class I and not derived from the hexon protein. It could also be shown that no hierarchy amongst CD8+ T cell epitopes restricted by different HLA allotypes exists, but parallel, co-dominant responses are detectable. These results may prove to be useful in the effort to establish adoptive transfer strategies of adenovirus-specific T cells for the treatment of immunocompromised patients.

Infektionen mit humanpathogenen Adenoviren stellen eine ernste Bedrohung für Menschen mit einem geschwächten Immunsystem dar, wie z.B. Patienten nach einer Stammzelltransplantation, und sind eine zahlenmäßig relevante Todesursache. Ob-wohl die T-Zell-Immunantwort für die Eindämmung und Beseitigung der Infektion offenbar essentiell ist und mit einem positiven Krankheitsverlauf korreliert, sind bisher nur wenige adenovirale CD8-T-Zell-Epitope identifiziert worden, und ihre klinische Relevanz ist größtenteils unbekannt.

Deshalb sollte in dieser Arbeit nach dem Ansatz der reversen Immunologie eine Kartierung adenoviraler zytotoxischer T-Zell-Epitope für drei wichtige HLA-Allotypen erfolgen. Der Schwerpunkt lag hierbei insbesondere auf der Identifizierung immun-dominanter Epitope, die in den meisten Infizierten mit passendem HLA-Genotyp eine T-Zellantwort induzieren. Dazu wurden aus den Primärsequenzen dreier Proteine (Hexon, pVIII, E1A) aus zwei Virenstämmen (Ad2, Ad5) mit dem SYFPEITHI-Algorithmus wahrscheinliche Epitope vorhergesagt und als Peptide synthetisiert. PBMCs gesunder Spender wurden anschließend daraufhin untersucht, ob sie Gedächtniszellen enthielten, die gegen die Peptide spezifisch waren. Hierzu wurden spezifische T-Zellen im Vorfeld amplifiziert, um ex vivo schwer nachweisbare schwache Antworten erkennen zu können. Die HLA-Restriktion der identifizierten Epitope wurde über den Vergleich der Antworthäufigkeiten von Spendern mit und ohne den vermuteten Allotyp sowie Tetramerfärbungen überprüft. Adenovirusspezifische Zellpopulationen wurden alsdann phänotypisch und funktionell weiter charakterisiert.

Für alle drei Allotypen konnte jeweils ein zytotoxisches T-Zell-Epitop als immundominant identifiziert werden, nämlich LTDLGQNLLY für HLA-A*01, LLDQLIEEV für HLA-A*02 und TYFSLNNKF für HLA-A*24. Des Weiteren wurde deutlich, dass die über HLA-A*02 vermittelte T-Zellantwort hauptsächlich gegen das Protein E1A gerichtet ist. Die hier beschriebenen Epitope aus E1A stellen somit die ersten auf MHC Klasse I präsentierten dar, die nicht aus dem Hexon-Protein stammen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass zwischen adenoviralen Epitopen mit unterschiedlicher HLA-Restriktion keine Hierarchie besteht, sondern parallele kodominante Antworten auftreten. Diese Ergebnisse könnten sich nützlich erweisen bei den Bemühungen, adoptive Transferstrategien für immungeschwächte Patienten zu entwickeln.