Interference of Varicella-Zoster virus (VZV) with the CD1 antigen presenting system on immature dendritic cells [Elektronische Ressource] / von Cindy Gutzeit

Cindy Gutzeit

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• Publié le: 01 janvier 2009
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• Langue: Deutsch
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Extrait

Interference of Varicella-Zoster Virus (VZV)
with the CD1 antigen presenting system
on immature dendritic cells

Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades

doctor rerum naturalium
(Dr. rer. nat.)
im Fach Biologie
eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin
von
Diplom-Biologin Cindy Gutzeit
geboren am 27.01.1979 in Dresden

Präsident der Humboldt Universität zu Berlin
Prof. Dr. Dr. h.c. Christoph Markschies

Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Faku ltät I
Prof. Dr. Lutz-Helmut Schö n

Gutachter/in: 1. Prof. Carmen Scheibenbogen
2. Prof. Detlev H. Krüger
3. Prof. Andreas Sauerbrei

Tag der mündlichen Prüfung: 25. November 2009 Zusammenfassung

Das strikt human pathogene Varicella-Zoster Virus V(ZV) gehört zur Familie der Herpesvi-
ren und ist weltweit verbreitet. Die Seroprävalebnezt rägt über 95%. Die Primärinfektion
von VZV verursacht Varicellen (Windpocken), eine ptisyche Krankheit bei Kindern, welche
durch Fieber und einen disseminierten bläschenagretni Hautausschlag charakterisiert ist.
Im Anschluss daran etabliert VZV eine lebenslange aLtenz in sensorischen Ganglien und
verursacht nach Reaktivierung Herpes Zoster (Gürtreolse). Dieser ist durch unilaterale, ve-
sikuläre Eruptionen, meistens innerhalb eines Dermtoams, gekennzeichnet. Häufig treten
nach Herpes Zoster schmerzhafte Neuralgien auf. Ste i1995 wird ein Lebendimpfstoff aus
attenuierten Virionen des VZV-Stammes V-Oka in deVne reinigten Staaten von Amerika
erfolgreich eingesetzt, um Kinder gegen Varicelleznu immunisieren. Seit 2004 ist die Vari-
cellen-Schutzimpfung für alle Kinder und Jugendliecnh in Deutschland empfohlen worden.
Im Gegensatz zur Infektion mit zirkulierenden vierunlten VZV Stämmen tritt nach Verimp-
fung des Vakzin-Stammes V-Oka kein Exanthem auf. tEnscheidend für die Eliminierung der
VZV Infektion ist die T-Zell-vermittelte Immuni täZtu.dem korreliert die altersbedingte Ab-
nahme der VZV-spezifischen T-Zell Immunität mit d eAmnstieg der Inzidenz für Herpes Zos-
ter und schmerzhaften Neuralgien.
Die Haut ist der Hauptreplikationsort von VZV. Imnmoulogische Unterschiede zwi-
schen virulenten VZV Stämmen und dem Vakzin-Stammr eten hier am deutlichsten auf.
Diese Unterschiede wurden bisher noch nicht nähenr teursucht. Kutane Immunzellen, wie
zum Beispiel Langerhans Zellen (LC), dermale Dendtirsiche Zellen (DDC), inflammatorische
Dendritische Zellen und intraepithelialeγ δ T-Zellen sind entscheidend am Aufbau antivira-
ler Immunantworten beteiligt. In dieser Studie ldagah er ein Fokus auf dem Vergleich von
kutanen Immunantworten zwischen virulenten VZV-Stämmen und dem Vakzin-Stamm.
Daher wurden klinische Isolate von VZV Genotypen,ie din Europa zirkulieren, in diese Stu-
die miteinbezogen.
In der vorliegenden Arbeit wurde das Verschwindeno nv LC in Hautläsionen von Her-
pes Zoster Patienten beobachtet. Im Gegensatz dazu ,wurde eine massive Infiltration von
myeloiden inflammatorischen DC nachgewiesen. Ferne rwurde hier zum ersten Mal ge-
zeigt, dasse x vivo isolierte LC und DDC permissiv für eine VZV Inifoenkt sind. Von besonde-
rer Bedeutung war die Erkenntnis, dass keine Untecrhsiede zwischen dem Vakzin-Stamm V-
2 Oka und virulentem VZV auftraten.I n vitro Studien mit Monozyten abgeleiteten Dendriti-
schen Zellen (DC), welche inflammatorische DC respernätieren, zeigten, dass diese sowohl
vom Vakzin-, als auch von virulentem VZV-Stamm mgliet icher Effizienz infiziert wurden.
Erstaunlicherweise konnte eine signifikant erhöhteE xpression von CD1c Molekülen auf
VZV infizierten DC nachgewiesen werden. Funktionee llUntersuchungen mit intraepithelia-
len CD1c-restringiertenγ δ T Zellen zeigten, dass DC nach Infektion mit daekmzi nV-Stamm
V-Oka phänotypisch und funktionell reiften und sotm diie γδ T Zellen zur IFγN -Sekretion
stimulierten. Im Gegensatz dazu wurde die funktiollnee Reifung von DC, die mit virulentem
VZV infiziert waren, geblockt. Dieser Effekt war abuhnängig vom Genotyp des verwendeten
VZV-Stammes. Folglich wurde kein bioaktives IL-12e zesrniert, welches als entscheidendes
Cytokin zum Aufbau einer antiviralen T1 Immunantwort beiträgt. Darüber hinaus konnte H
gezeigt werden, dass virulentes VZV die Signalkasdkea des Toll-like Rezeptors 2 (TLR2) in DC
inhibiert und somit die IL-12 Produktion verhinde.r tDemzufolge wurde die IFγN -Sekretion
von γδ T-Zellen verhindert.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Immunseivoansstrategie virulenter VZV
Stämme entdeckt, welche erklären könnte, wie vnirtuel eVZV Stämme frühe antivirale Im-
munantworten umgehen und somit erfolgreich in dearu tH replizieren. Zusätzlich konnte
gezeigt werden, dass Kandidaten für Vakzinierungssrtategien nicht mit der Instruktion von
DC interferieren sollten, um die Stimulation adapvteir Immunantworten zu gewährleisten.
Daher könnten die gewonnen Erkenntnisse einen wicihgten Beitrag zur Entwicklung zu-
künftiger Vakzinierungsstrategien leisten.
3 Summary

Varicella-zoster virus (VZV) which belongs to thaem ilfy of herpesviruses is restricted to
humans and distributed worldwide. The seroprevaleen cis over 95%. Primary infection of
VZV causes chickenpox, a typical childhood diseasceh aracterized by fever and dissemi-
nated rash. Thereafter, VZV establishes a lifelonlagt ency within sensory ganglia and can be
reactivated to cause herpes zoster. This disease cihsaracterized by lesions confined mostly
to a single dermatome. A frequent complication oefr phes zoster is the painful postherpetic
neuralgia. Since 1995 the attenuated strain V-Oka f oVZV is successfully used as vaccine in
the United States of America to immunize childreng aianst VZV infection. In 2004 the vac-
cine was also licensed for Germany. In contrast intofe ction by circulating virulent VZV
strains, vaccination with V-Oka remains asymptomatci. T cell mediated immunity is impor-
tant to resolve VZV infection and an age related cdlinee in VZV specific T cell mediated im-
munity is correlated with an increase of the incnicde for herpes zoster and postherpetic
neuralgia.
The skin is the major replication site of VZV amndm uinological differences between
virulent VZV and the vaccine should become most aaprepnt within this immune organ.
However, these differences have not been elucida tesdo far. Cutaneous immune cells com-
prising epidermal Langerhans cells (LCs), dermal ndderitic cells (DDCs), inflammatory den-
dritic cells and intraepithelial γδ T cells contribute to the induction of effectinvteiv iaral
immune responses. Thus, the major focus of thdisy swtuas to highlight cutaneous immune
responses to virulent VZV strains as compared toe thvaccine. Therefore, clinical isolates of
circulating VZV genotypes in Europe were includend tihis study.
In this study the disappearance of LCs in skin olensi of herpes zoster patients was
observed. In contrast, a strong infiltration of mloyide-derived inflammatory DCs has been
detected. Furthermore, it has been shown for trhste tfiime that xe vivo isolated LCs and
DDCs were permissive for VZV infection. Most impaonrtly, no differences between the
effects of the vaccine strain V-Oka and a viruleVnZt V strain have been observed.In vitro
studies with monocyte-derived dendritic cells (D,C sr)eflecting inflammatory DCs, showed
that they were efficiently infected by both, thcec ivnae and a virulent VZV strain. Intriguing-
ly, a significant upregulation of CD1c molecules oVnZV-infected DCs was observed. Func-
4 tional investigations using intraepithelial CD1c-restricted γδ T cells revealed that DCs in-
fected with the vaccine virus were fully instruc tteod mature, thereby promoting IFγN -se-
cretion ofγ δ T cells. In striking contrast, DCs infected wiriuthle nvt VZV strains regardless of
the virus genotype were efficiently blocked to mreat ufunctionally. In detail, they did not
secrete bioactive IL-12 which is an instrumental tcoykine for generation of antiviral T1 H
responses. Moreover, virulent VZV blocked Toll-l ikreceptor 2 (TLR2) signaling in DCs the-
reby preventing production of bioactive IL-12 whi cihn turn inhibited IFNγ- secretion byγ δ
T cells.
In summary, this study discovered a new immune ieovna sstrategy of virulent VZV
strains which might explain how virulent VZV strsa inovercome innate antiviral responses
and successfully replicate within the skin therebcyau sing the typical rash. Moreover, the
findings underline that candidate vaccines should ont impair DC instruction in order to
allow stimulation of powerful adaptive immune respnoses. Therefore, this study might
have further implication for future vaccine desig n.
5 Table of Contents
Zusammenfassung ................................................... ...2...............
Summary .......................................................... ......4.........
Abbreviations ................................................................................ ...........8..........
1 Introduction ...................................................... .. 1.0........