Zelluläre und molekulare Mechanismen der Polyomavirus BK-spezifischen Immunantwort bei nierentransplantierten Patienten

Abstract

Nierentransplantierte Patienten (NTX) benötigen eine dauerhafte, immunsuppressive Therapie um das allogene Transplantat vor einer Abstoßungsreaktion durch das eigene Immunsystem zu bewahren. Aus diesem Grund sind solche Patienten anfällig gegenüber akuten Infektionen (z.B. Influenza) oder der Reaktivierung von latenten Infektionen (z.B. Herpes Viren und Polyomaviren). Im Falle von nierentransplantierten Patienten ist in den letzten zwei Jahrzenten eine latente Virusinfektion durch das Polyomavirus BK (BKV) zum Hauptrisikofaktor für Transplantatabstoßung geworden [1]. Wenngleich symptomlos im immunkompetenten Individuum [2], kann eine BKV-Reaktivierung im immunsupprimierten NTX-Patienten zu einer BKV-assoziierten Nephropathie (BKVAN) und letztendlich sogar zum Organverlust führen. Bis heute ist keine antivirale Therapie spezifisch gegen BKV etabliert und der Infektion kann nur mit intensivem Monitoring und schrittweiser Anpassung der Immunsuppression begegnet werden. Das Wissen über die zelluläre Immunität gegen BKV ist hierbei noch unvollständig, aber essentiell für eine frühzeitige Diagnose, Prognose sowie die richtige Anpassung der Immunsuppression. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag daher auf dem besseren Verständnis der Rolle des angeborenen und des adaptiven Immunsystems in der Kontrolle der BKV-Infektion. Hierbei zeigte sich: 1) Eine genetische Prädisposition für eine ineffektive antivirale Antwort durch natürliche Killerzellen (NK-Zellen) in NTX-Patienten, festgestellt mittels Genotypisierung des „Killer Zell Immunoglobulin-ähnlichen Rezeptor“ (KIR) Repertoires. 2) Eine quantitative Dominanz von BKV- spezifischen CD4+ T-Zellen gegenüber CD8+ T-Zellen in der BKV-Kontrolle. 3) Der erste Nachweis, dass CD4+ T-Zellen auch als zytotoxische Effektoren einen signifikanten Beitrag in der Eindämmung der BKV-Infektion in NTX-Patienten spielen. 4) Die Auswirkung von verschiedenen Immunsuppressiva, die im unterschiedlichen Ausmaß die BKV-spezifische T-Zell Immunität beeinflussen. Resultierend aus diesen Erkenntnissen wurde ein Protokoll zur verbesserten und sensitiveren Detektion BKV-spezifischer T-Zellen in NTX-Patienten etabliert. Zudem wurde hier der Gedanke einer spezifischen antiviralen Therapie durch einen adaptiven T-Zelltransfer verfolgt. Dies führte zu einem Protokoll zur in vitro Expansion autologer BKV-spezifischer T-Zellen, welches selbst auf immunsupprimierte NTX-Patienten und unter GMP-Bedingungen (Good Manufacturing Practice) anwendbar ist. Darüber hinaus, wurde in einer weiteren Studie die Effektivität und Sicherheit der Vakzinierung immunsupprimierte NTX-Patienten gezeigt.

Kidney allograft recipients require constant immune suppression to avoid allo- immunity and graft rejection. This maintenance immunosuppression leads to an increased risk for acute (e.g Influenza) and latent viral infections such as herpes viruses and polyomaviruses. In the last two decades the persistent Polyomavirus BK (BKV) emerged as the main risk factor for graft injury and rejection in the field of kidney transplantation. Being harmless for immune competent individuals, the BKV-reactivation in immunosuppressed kidney transplanted patients can lead to a BKV-associated nephropathy (BKVAN) and subsequent graft loss. To date, no approved antiviral therapy specific for BKV is available. The current treatment strategy is based on constant immune and viral monitoring and adjustment of the immunosuppressive regimen upon BKV- reactivation. Therefore, the knowledge about the cellular immunity against this infection is essential for an early diagnosis and an individualized fine- tuning of the immunosuppression. The aim of this thesis work was to find a better understanding of the role of the inate and adaptive immunity in controlling BKV-infection. We found: 1) A genetic predisposition of the natural killer (NK) cell antiviral response against BKV, detected by killer cell immunoglobulin-like receptor (KIR) haplotyping. 2) A confirmation of the predominance of CD4+ T-cell over CD8+ T-cells in controlling BKV. 3) A cytolytic function of CD4+ T-cells in containing BKV in KTX-patients, described and proven for the first time. 4) The influence of various immunosuppressive differentially affecting the BKV-specific cellular immunity. As a result of these findings, an improved protocol for the comprehensive monitoring of BKV-specific T-cells in KTX-patients was implemented. Additionally, an adoptive T-cell transfer was considered as a possible antiviral treatment strategy. Therefore, a GMP (good manufacturing practice) feasible protocol for the in vitro expansion of autologous BKV-specific T -cell-lines, generally applicable on immunosuppressed KTX-patients, was developed. In addition, we showed the efficacy and safety of vaccination in immunosuppressed KTX-patients in a further study.