Untersuchung der zellulären und molekularen Mechanismen der Polyomavirus- spezifischen Immunantwort bei Patienten nach Nierentransplantation

Abstract

Polyomavirus BK assoziierte Nephropathie ist eine schwerwiegende Komplikation der Posttransplantationsperiode bei nierentransplantierten Patienten. So führt die Infektion mit Polyomavirus BK (BKV) und die Progression zu Polyomavirus BK assoziierter Nephropathie (BKVN) in bis zu 50 Prozent der Fälle zu einer Nierendysfunktion und zum Verlust der Niere. Regulationsmechanismen, die zur Virusreaktivierung und anschließender Transplantatschädigung führen, sind bis jetzt nicht ausreichend untersucht. Es existiert bisher keine spezifische antivirale Therapie. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll geklärt werden, welchen Einfluss die zelluläre Immunantwort auf den klinischen Verlauf einer Polyomavirus BK-Infektion hat. Im Besonderen wird hier erstmalig die BKV- Immunität gegen alle fünf BKV-Proteine untersucht werden. Des Weiteren liegen bis dato wenig Daten über die BKV-spezifische Immunität im Verlaufe der Infektion vor. Die Beleuchtung dieses Aspektes stellt einen weiteren Teil der vorliegenden Arbeit dar. Aufbauend auf den Ergebnissen aus den vorher genannten Zielstellungen wird eine Methodik zum Monitoring nierentransplantierter Patienten entwickelt, die sowohl zeit-, als auch blut- und kostensparend und von Bench-to-Bedside, also in der Klinik relevant sein wird. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass alle 5 BKV-Proteine (VP1, VP2, VP3, LT, st) eine T-Zell-vermittelte, von CD4-positiven T-Zellen dominerte Immunantwort auslösen. Dabei steigt die BKV- spezifische zelluläre Immunität gegen alle fünf BKV-Antigene im zeitlichen Verlauf der BKV-Infektion signifikant und erreicht ihren Höhepunkt zum Zeitpunkt der Resolution der BKV-Infektion. T-Zellen spezifisch für BKV- Strukturproteine sind hierbei früher nachweisbar als T-Zellen gegen regulatorische BKV-Proteine. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Schwere der BKV-Infektion mit der Frequenz der BKV-spezifischen CD4-positiven T-Zellen korreliert und BKV-spezifische T-Zellen während des Infektionsverlaufes bei Patienten mit selbstlimitierter BKV-Infektion früher nachweisbar sind als bei Patienten mit Progression zu einer BKVN. Des Weiteren besteht ein Zusammenhang zur Nachweisbarkeit multifunktioneller BKV- spezifischer CD4-positiver T-Zellen. Diese wurden vermehrt bei Patienten ohne Progression zu BKVN bzw. mit einem kürzeren Krankheitsverlauf detektiert. Die zelluläre BKV-Immunität wird also nicht – wie es früher angenommen wurde – allein durch T-Zellen gegen VP1 und LT repräsentiert. Das T-Zell-Repertoire bzw. die Antigenspezifizität ist im Gegenteil sehr divers und von Patient zu Patient verschieden. Somit ist die Messung der Immunantwort gegen VP1 und LT nicht ausreichend, um den Immunstatus bei BKV-infizierten Individuen zu erfassen. Um der Individualität der BKV-Immunität gerecht zu werden und in einem Untersuchungsansatz alle theoretisch vorhandenen, errechenbaren BKV-T -Zell-Epitope abzudecken, entwickelten wir ein Monitoring-Protokoll zum schnellen, blut- und kostensparenden Einsatz in der Klinikpraxis. Mittels gemischten Overlapping Peptide Pools (MOPP), ist es uns hiermit zusätzlich möglich neben BKV-spezifischen CD4-positiven T-Zellen auch CD8-positive T-Zellen nachzuweisen. Dieses Verfahren wird daher für das Monitoring von potentiellen BKV-infizierten Patienten nach Nierentransplantationen empfohlen.

Polyomavirus BK associated Nephropathy represents a serious posttransplant complication in kidney transplant patients. Thus, infection with Polyomavirus BK (BKV) and progression to Polyomavirus BK associated nephropathy (BKVN) leads to kidney dysfunction and subsequent loss of the transplant organ in up to 50 percent of cases. To date, there is still a gap of knowledge of mechanisms that lead to viral reactivation and deterioration of the kidney. Furthermore, BKV specific antiviral therapy is not yet existing. Here, we aimed to analyze the influence of cellular immunity on development of BKV infection. In particular, specific cellular immunity to all five BKV antigens will be investigated for the first time. Additionally, we aim to analyze BKV specific cellular immunity throughout the course of active BKV infection. Based on the outcome of the above described approaches, we aimed to develop a new method to enable monitoring of kidney transplant patients. This method is to be time and cost saving and will need less amount of blood as compared to other methods, thus will be relevant for the clinician as a bench to bedside approach. Here we show, that all five BKV proteins (VP1, VP2, VP3, LT, st) induce a T cell response, dominated by CD4 positive T helper cells. Thereby, cellular immunity increases during BKV infection and gains its maximum at time point of resolution of BKV infection. Moreover, T cells specific for the structural BKV proteins develop earlier as compared to T cells specific to regulatory proteins. Additionally, we show that severity of BKV infection correlates with magnitude of BKV specific CD4 positive T helper cells and that BKV specific T cells are detectable earlier in patients with self limited course of BKV infection as compared to patients with progression to BKVN. Furthermore, we show the correlation between the detection of multifunctional BKV specific CD4 positive T helper cells to non-progression to BKVN and faster resolution of BKV infection, respectively. One of the most important findings was, that cellular BKV specific immunity is not solely represented by LT and VP1 – the two antigens that have been investigated in past studies. It has rather been shown here, that T cell repertoire and antigen specificity are divers and differ a lot between the different patients. Concluding that analysis of LT and VP1 is not sufficient to determine immune status of BKV infected individuals, and to cover all BKV epitopes, we developed a protocol for application in the clinical setting. Usage of mixed overlapping peptide pools for ex vivo stimulation of T cells represents a time and cost saving approach and furthermore enables the detection of low frequent CD8 positive BKV specific cytotoxic T cells.