Universität zu Köln

Schweitzer, Finja (2013). Host-specific innate and adaptive immune responses in therapy-naive human immunodeficiency virus 1 infected patients. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Understanding host-specific innate and adaptive immune responses in therapy-naïve HIV-1 infected patients is of high importance. In a drug-free environment, the immune system is the most dominant factor shaping the evolution of HIV-1. Mutations can be selected, causing the adaption of the virus to the HLA alleles of the infected individuals, negatively influencing the immunogenicity of epitopes. However, in treatment-experienced patients, the most dominant factors influencing viral evolution are antiretroviral drugs. As a consequence, drug resistance associated mutations (RAMs) within targeted HIV-1 proteins can evolve which can be transmitted (tRAMs) from one individual to another, resulting in the finding of 10 % of persisting tRAMs in therapy-naïve patients. It is assumed, that such a persistence of tRAMs in therapy-naïve patients is influenced by the HLA alleles of the new host and that persisting tRAMs are most likely located within HLA class I restricted epitopes, leading to immune escape. Interactions of immune system and antiretroviral treatment could especially be important in the treatment of therapy-naïve patients already harbouring tRAMs. The consideration of HLA allele mediated immune selection could exclude antiretroviral drugs promoting a therapy failure by providing a selective pressure for tRAMs conferring not only resistance to the drug but also immune escape. Treatment could be optimized using all available information regarding virus and host to facilitate a long lasting therapy success. In this work, a statistical analysis was performed using Fishers exact test and correcting for multiple testing, identifying nine significant associations between protease inhibitor (PI), nucleoside reverse transcriptase inhibitor, non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor tRAMs, found in a cohort of 139 therapy-naïve HIV-1 infected patients and the patients’ HLA alleles. This statistical analysis was used as the basis to establish a cell culture model to identify a direct impact of tRAMs on host-specific innate and adaptive immune responses in the background of certain HLA types. Immature monocyte-derived dendritic cells (moDCs), the most important antigen presenting cells, were transduced using lentiviral vectors to introduce HLA alleles of interest (here: HLA-A*02:01 and HLA-B*44:03). Subsequently, these moDCs were infected with HIV-1 ADA_V82A and ADA_L210F, respectively while ADA_V82A included the possible immune escape mutant V82A (protease), which is at the same time associated with PI resistance, ADA_L210F carried the already described immune escape mutation L210F. In order to study the impact on both, the innate as well as the adaptive immune system, infected recombinant moDCs were co-cultured with either CD16+CD56+ NK cells or CD8+ T cells. For the screening of characteristic cytokines and/or chemokines a human 25-plex luminex assay was used. While the secretion of IL-7 is decreased in co-cultures with CD8+ T cells, levels of IL-15 are comparably low in co-cultures with CD16+CD56+ NK cells. The secretion of IL-8 is decreased in co-cultures with both, CD16+CD56+ NK cells and CD8+ T cells, upon encountering the putative immune escape mutation in the background of the restricting HLA allele. These data identified IL-7, IL-8 and IL-15 as putative biomarkers monitoring immune activation regarding immune escape. However, more research has to be done to strengthen the role of IL-7, IL-8 and IL-15.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Bei therapienaiven HIV-1-Patienten ist das Verständnis der wirtsspezifischen angeborenen und adaptiven Immunantwort von großer Bedeutung. Bei diesen Patienten ist das Immunsystem der dominierende Faktor, der durch die Selektion von Mutationen eine Anpassung des Virus an die HLA-Allele des Wirts beeinflusst. Hierbei kann die Immunogenität von Epitopen negativ beeinflusst werden. Bei therapieerfahrenen Patienten hingegen steuern antiretrovirale Wirkstoffe die virale Evolution. In HIV-1 können sich so resistenzassoziierte Mutationen (RAMs) entwickeln und im Zuge einer Transmission weitergegeben werden. Dieses führt dazu, dass in ca. 10 % der therapienaiven Patienten persistierende, übertragene RAMs gefunden werden. Höchstwahrscheinlich wird die Persistenz von übertragenen RAMs durch die HLA-Allele des neuen therapienaiven Wirts beeinflusst. Möglicherweise befinden sich diese übertragenen RAMs innerhalb von HLA Klasse I restringierten Epitopen und ermöglichen einen Immunescape. Wechselwirkung zwischen Immunsystem und antiretroviraler Therapie könnte dadurch, besonders bei der Wahl der Erst-Therapie der therapienaiven Patienten mit übertragenen RAMs, eine wichtige Rolle spielen. Eine Therapie sollte antiretrovirale Wirkstoffe ausschließen, die unter Berücksichtigung der HLA-Allele der verschiedenen Patienten, RAMs selektieren, die gleichzeitig einen Immunescape bewirken. Mit Hilfe einer statistischen Analyse wurden hier, unter Verwendung des Exakten Fisher-Tests und einer Korrektur für multiple Teste, wurden neun signifikante Assoziationen zwischen übertragenen Protease-Inhibitor- (PI-), Nukleosid-Reverse-Transkriptase-Inhibitor-, Nicht-Nukleosid-Reverse-Transkriptase-Inhibitor-RAMs und den HLA-Allelen von 139 therapienaiven Patienten identifiziert. Die Ergebnisse dieser statistischen Analyse wurde als Grundlage für die Etablierung eines Zellkulturmodels genutzt, mit dem der direkte Einfluss von übertragenen RAMs auf die wirtsspezifische angeborene und adaptive Immunantwort untersucht werden kann. In diesem Zellkulturmodel wurden unreife dendritische Zellen (DC), welche die wichtigsten antigen-präsentierenden Zellen darstellen, mit Hilfe von lentiviralen Vektoren transduziert, um eine Überexpression von bestimmten HLA-Allelen (hier: HLA-A*02:01 und HLA-B*44:03) zu bewirken. Anschließend wurden diese DC mit HIV-1 ADA_V82A und ADA_L210F infiziert. Während ADA_V82A die mögliche Immunescape Mutante enthielt V82A, welche zusätzlich mit einer PI-Resistenz assoziiert ist, trug ADA_L210F die bereits beschriebene Immunescape Mutation: L210F (RT). Um die Auswirkungen des angeborenen und des adaptiven Immunsystems auf diese infizierten DC zu untersuchen, wurden diese entweder mit CD16+CD56+ NK-Zellen oder mit CD8+ T-Zellen kokultiviert. Das humane 25-plex Luminex Assay unterstützte das Screening nach charakteristischen Zytokinen und/oder Chemokinen, die in diesen Kokulturen sekretiert wurden. Während sich die verminderte Sekretion von IL-7 in Kokulturen mit CD8+ T-Zellen als charakteristisch herauskristallisierte, wurde eine Reduktion von IL-15 in Kokulturen mit CD16+ CD56+ NK-Zellen beobachtet. In beiden Kokulturen stellte sich IL-8 als mutmaßlicher Marker eines Immunescapes unter Berücksichtigung des entsprechenden HLA-Allels heraus. Zusammenfassend deutet vieles darauf hin, IL-7, IL-8 und IL-15 als mögliche Biomarker zur Überwachung der Immunaktivierung heranzuziehen. Jedoch sollte das Zellkulturmodel genutzt werden, um weitere Immunescape Mutationen zu analysieren, und so die Rolle von IL-7, IL-8 und IL-15 als mögliche Biomarker zu verifizieren. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Schweitzer, Finja finja.schweitzer@hotmail.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-54347
Date:	7 October 2013
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language HIV-1, immune response, HLA English
Date of oral exam:	6 December 2013
Referee:	Name Academic Title Doerfler, Walter Prof. Dr. med. Hofmann, Kay Prof. Dr. rer. nat.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5434