Aufgrund rasant steigender Antibiotikaresistenzraten besteht ein dringender Bedarf an neuen Therapie- und Präventionsstrategien gegen bakterielle Infektionen. In der vorliegenden Arbeit sollten vor diesem Hintergrund grundlegende Mechanismen der antibakteriellen T-Zell-Immunität aufgeklärt und somit die Grundlage für die Entwicklung neuer Impfstrategien gegen bakterielle Infektionen gelegt werden. Aufbauend auf neuen Erkenntnissen, dass Zellen des angeborenen Immunsystems lebende von toten Bakterien unterscheiden können (Sander et al., 2011), sollte analysiert werden, welchen Einfluss die Erkennung bakterieller Vitalität durch Antigen-präsentierende Zellen (APC) auf die Polarisierung von T-Helferzellen hat. Zunächst konnte gezeigt werden, dass humane Monozyten bakterielle Vitalität erkennen, da die Phagozytose von lebenden, apathogenen Bakterien im Vergleich zu toten Bakterien zu einem spezifisch veränderten Zytokinprofil und somit zu einer stärkeren Immunantwort führte. Weiterführend konnte gezeigt werden, dass diese Diskriminierung nachfolgende adaptive Immunantworten, speziell T-Helferzellantworten beeinflusste. Lebende Bakterien induzierten in Monozyten Signale, welche präferentiell zur Differenzierung von TH1- und TFH-Zellen, nicht aber zu einer gesteigerten TH17-Polarisierung führten. Durch Neutralisationsversuche konnte IL-12 als entscheidendes Immunsignal für eine durch Infektion oder vita-PAMP- Erkennung induzierte TFH-Zelldifferenzierung identifiziert werden. Neutralisierung von IL-12 in E. coli (EC)-aktivierten Monozyten-Überständen hemmte die TFH-Zelldifferenzierung, wohingegen rekombinantes IL-12 eine TFH- Zellpolarisierung induzierte. Lebende Bakterien enthalten im Gegensatz zu toten Bakterien RNA, welche durch Monozyten via TLR8 erkannt wird. Hemmung der TLR8-Expression in humanen Monozyten mittels RNA-Interferenz reduzierte die TFH-Zelldifferenzierung als Antwort auf lebende EC deutlich. TLR8-abhängige Signale sind daher für die Detektion lebender Bakterien durch humane Monozyten und die anschließende T-Zellantwort entscheidend. Umgekehrt konnte durch aufgereinigte bakterielle RNA, sowie synthetische TLR8-Liganden eine effiziente TFH-Zellpolarisierung induziert werden. Zusammenfassend zeigen die Daten in der vorliegenden Arbeit, dass humane Monozyten durch die Erkennung von vita-PAMPs in der Lage sind, zwischen lebenden und toten Bakterien zu unterscheiden. Die TLR8-abhängige Detektion lebender Bakterien führt in humanen Monozyten zur Produktion von Signalen, die eine TFH-Zellpolarisierung von naϊven CD4+ T-Zellen begünstigen. Damit stellen vita-PAMP Rezeptoren wie TLR8 ein vielversprechendes Target für neue Impfadjuvantien dar, die spezifisch eine verstärkte TFH-Zellpolarisierung und somit humorale Immunität erzeugen.
Rapidly increasing antibiotic resistance rates urgently call for novel therapeutic and prevention strategies against bacterial infections. In this context, the present work aimed to elucidate basic mechanisms of antibacterial T cell immunity, and thus to establish a basis for the development of improved vaccination strategies against bacterial infections. Based on new insights that cells of the innate immune system are able to discriminate between viable and dead bacteria (Sander et al., 2011), it was analyzed how the recognition of bacterial viability by antigen presenting cells (APC) influences subsequent T helper cell responses. Classical human monocytes or primary dendritic cells were stimulated with viable or dead E. coli (EC), which revealed a capacity of human APC to detect bacterial viability, since phagocytosis of viable bacteria led to a specific cytokine profile and subsequent T helper cell responses, compared to heat killed bacteria. Live avirulent thymidine auxotroph (thyA–, replication deficient) EC induced signals in human monocytes, which preferentially led to a TH1 and TFH cell differentiation, but not to a TH17 cell polarization of autologous naïve human T cells. De novo generated TFH cells expressed all markers of TFH cells and provided help to naïve B cells. Use of neutralizing antibodies and recombinant cytokines identified IL-12, which was selectively produced by human monocytes in response to viable but not killed EC, as a crucial signal for infection- or vita-PAMP-induced human TFH cell differentiation. Neutralization of IL-12 in EC-activated monocyte supernatants impaired TFH cell differentiation, whereas addition of recombinant IL-12 stimulated TFH cell polarization. Live but not killed bacteria contain RNA, which is sensed by TLR8 in human monocytes. Silencing of TLR8 expression in human monocytes by RNA interference strongly reduced their capacity to promote TFH cell differentiation in response to live bacteria. In addition, treatment of human monocytes with bacterial RNA complexed to polycationic peptide poly-L-arginine (pLa) evoked efficient TLR8-dependent IL-12 production and subsequent TFH cell polarization. In summary, the present study reveals that human APC are able to discriminate between live and dead bacteria through the recognition of vita-PAMPs. TLR8-dependent recognition of viable EC led to a production of TFH cell promoting signals, most importantly IL-12. Hence, vita-PAMP receptors like TLR8 represent promising targets for novel TFH-biased vaccine adjuvants. Vaccines that contain vita-PAMPs, could combine the superior protection of live attenuated vaccines with the better safety of dead vaccines.
