Universität zu Köln

Liebig, Tanja M. (2011). Assessment of the Antigen-presenting Function of murine B cells in vivo: Induction of anti-Tumour-Immunity. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

B cells have mainly been recognized for their antibody-secreting function in humoral immune responses. Lately, the focus of interest has moved to the antibody-independent functions of B cells. In that context, it has become clear that antigen presentation by B cells is critically involved in both physiologic immune responses as well as pathologic immune reaction such as autoimmune diseases. Antigen presentation by B cells is characterised by their ability to take-up, process and present antigen via MHC-II in a B cell receptor dependent and independent fashion. Furthermore, during immune responses armed helper T cells interact with B cells by expression of CD40 Ligand (CD40L), which thereby become activated and in turn start to proliferate and differentiate. CD40-activated B cells (CD40-B) are professional antigen-presenting cells comparable to dendritic cells (DC) exhibiting a high expression of costimulatory and MHC molecules. CD40-B cells were shown to not only prime naïve CD4+ and CD8+ T cells effciently, but also expand memory T cells in vitro. Furthermore they express the full lymph node homing triad (CD62L, CCR7/CXCR4 and LFA-1) and were shown to induce T-cell chemotaxis in vitro. Recently, we demonstrated that murine CD40B cells (mCD40B) specifically migrate to secondary lymphoid organs in vivo. Importantly, these cells are available at virtually unlimited amounts at a purity > 95% for high-dose, high-frequency vaccination considered crucial for the control of cancer. However, most B cell-based vaccines tested so far failed to induce functional and protective cytotoxic T lymphocyte (CTL) re- sponses in animal models in vivo. Within this work I present the successful development of a functional murine mCD40B-based vaccination model. This model is indeed suitable to study the ability of mCD40B cells to induce protective anti-tumour responses in vivo. We established a murine B-cell stimulation system based on potent B-cell activation maintained by co-cultivation with membrane-bound CD40 ligand and interleukin-4. By using this technique highly activated mCD40Bs expand more than 5-fold with purity above 90% within 14 days. Hence, we identifed appropriate mCD40B subsets and further characterised them on a functional level. Despite their T-cell stimulatory capacity in vitro being inferior to murine dendritic cell (mDC) subsets, we demonstrated that vaccination with antigen-loaded mCD40B effectively induces specifc CTL responses against viral and model peptide antigen in vivo. We clearly identifed injection route, cell dose and vaccination repetitions as parameters exerting dominant infuence on the effective induction of specifc T cell responses by mCD40B. Incorporating these parameters into the vaccination algorithm, I showed that mCD40B induce in vivo cytolysis of antigen-specific target cells comparable to mDC. Finally, by using tumour antigen-loaded mCD40B we successfully transferred our vaccination algorithm to preventive immunization against B16 melanoma. In summary, highly activated mCD40B cells indeed exhibit antigen-presenting capacity sufficient to induce protective anti-tumour immunity in B16 melanoma.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Untersuchung der Antigen-präsentierenden Funktion von murinen B-Zellen in vivo: Induktion von Anti-Tumor-Immunität German
Translated abstract:	Abstract Language B-Zellen sind bisher hauptsächlich für ihre Funktion als Antikörper-produzierende Zellen in der humoralen Immunantwort bekannt. In letzter Zeit jedoch stehen die Antikörper-unabhängigen Funktionen von B-Zellen im Fokus des Interesses. Hier leistet die Antigenpräsentation durch B-Zellen nicht nur einen entscheidenden Beitrag zur Induktion von schützenden Immunantworten, sondern ist im Gegensatz dazu auch beteiligt an schädigenden Immunreaktionen wie Autoimmunerkrankungen. Antigenpräsentation durch B-Zellen ist gekennzeichnet durch die Fähigkeit, B-Zell-Rezeptor-abhängig und -unabhängig Antigene aufzunehmen, zu prozessieren und über MHC-Klasse-II Komplexe zu präsentieren. Während einer Immunantwort interagieren T-Helferzellen über die Expression von CD40-Ligand (CD40L) mit B-Zellen, welche daraufhin aktiviert werden, proliferieren und sich differenzieren. Diese CD40-aktivierten B-Zellen (CD40-B) sind professionelle Antigen-präsentierende Zellen, vergleichbar mit dendritischen Zellen (DC) und weisen ebenso eine hohe Expression an ko-stimulatorischen und MHC-Molekülen auf. Desweiteren sind CD40-B Zellen nicht nur in der Lage naive CD4+ und CD8+ T-Zellen zu primen, vielmehr induzieren sie auch sekundäre Gedächtnis-T-Zellantworten in vitro. Außerdem exprimieren sie vollständig die „lymph node homing triad“ (CD62L, CCR7/CXCR4 und LFA-1) und induzieren T-Zell-Chemotaxis in vitro. Kürzlich konnten wir zudem zeigen, dass murine CD40-B Zellen (mCD40B) spezifisch in sekundäre lymphoide Organe einwandern. Im Unterschied zu dendritischen Zellen jedoch sind CD40-aktivierte B-Zellen in nahezu unbegrenzter Anzahl mit einer Reinheit von über 95 % für Vakzinierungen verfügbar. Somit können mit CD40-B als zellulärem Adjuvans hohe Impf-Dosen und -Frequenzen realisiert werden, die als äußert wichtig erachtet werden um eine Tumorkontrolle zu erreichen. Allerdings waren B-Zell-basierte Adjuvantien, die in vivo in Tiermodellen getestet wurden, bisher meist nicht in der Lage funktionelle und schützende zytotoxische T-Zellantworten zu induzieren. Im Rahmen dieser Arbeit stelle ich die Entwicklung eines wirksamen mCD40B-Zell-basierten Maus-Vakzinierungsmodells vor. Dieses Model ist durchaus geeignet um in vivo zu untersuchen, wie mCD40B-Zellen präventive anti-Tumorantworten induzieren. So etablierten wir ein System zur Stimulation von murinen B-Zellen, das auf einer wirksamen B-Zellaktivierung durch Ko-Kultivierung mit membranständigem CD40L und Interleukin-4 basiert. Mithilfe dieser Technik ist es möglich hoch-aktivierte mCD40B-Zellen bis zu fünffach und mit einer Reinheit von über 90 % innerhalb von 14 Tagen anzureichern. Wir identifizierten geeignete mCD40B Subpopulationen, die funktionell näher charakterisiert wurden. Obwohl ihre Fähigkeit zur T-Zellstimulation in vitro der von murinen dendritischen Zellen unterlegen war, konnten wir zeigen, dass Antigen-beladene mCD40B-Zellen in vivo effektiv spezifische zytotoxische T-Zellantworten gegen virales und Modell- Peptidantigen induzieren. Wir konnten die Injektionsroute, die Zelldosis und die Anzahl der Impfwiederholungen als jene Parameter identifzieren, die einen gewichtigen Einfuss auf die Induktion der T-Zellantwort durch mCD40B-Zellen haben. Unter Berücksichtigung dieser Parameter im Vakzinierungsalgorithmus konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass mCD40B-Zellen in vivo eine Zytolyse von Antigen-spezifschen Zielzellen indu- zieren, die vergleichbar ist mit der von murinen dendritischen Zellen. Schließlich wurde der Vakzinierungsal- gorithmus unter Verwendung von Tumorantigen-beladenen mCD40B-Zellen erfolgreich in einer präventiven Impfung gegen das B16-Melanom angewandt. Zusammenfassend weisen hoch-aktivierte mCD40B-Zellen in der Tat Antigen-präsentierende Eigenschaften auf, die hinreichend sind um eine schützende Immunität gegen das B16-Melanom zu induzieren. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Liebig, Tanja M. tanja_liebig@yahoo.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Contributors:	Uniklinik Köln, Labor für Transplantations- und Tumor-Immunologie
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-44485
Date:	October 2011
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Ehemalige Fakultäten, Institute, Seminare > Faculty of Mathematics and Natural Sciences > no entry
Subjects:	Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language B cells, Antigen-presenting cell, APC, cellular tumor immunotherapy, anti-tumor vaccination, B16 melanoma UNSPECIFIED B-Zellen, Antigen-präsentierende Zelle, zelluläre Tumor-Immuntherapie, anti-Tumor Vakzinierung, B16-Melanom German
Date of oral exam:	10 November 2011
Referee:	Name Academic Title Schwarz, Günter Prof. Dr. Brüning, Jens Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4448