The role of bacterial DNA-Sequences (CpG) for the immuntherapy of retrovirus infections

Mit dieser Arbeit wird zum ersten Mal der therapeutische Einsatz von immunstimulativer DNA mit CpG-Motiv (CpG-ODN) bei einer akuten Virusinfektion beschrieben. Als experimentelles Modell wurde das Friend Virus (FV), ein muriner Retroviruskomplex, verwendet. Das FV kann in Mäusen eine tödlich verlaufende Erythroleukämie induzieren. Durch die Immuntherapie mit CpG-ODN in der akuten Phase einer FV-Infektion konnten 74% der Mäuse vor der Entstehung der Virus-induzierten Leukämie geschützt werden. Dieser Schutz ging einher mit der Reduktion der Viruslast im Blut und in der Milz der Tiere und wurde durch CpG-ODN induzierte FV-spezifische CD8+-Zellen vermittelt. FV-neutralisierende Antikörper und natürliche Killerzellen waren dagegen am CpG-ODN induzierten Schutz nicht beteiligt. Der Einsatz von CpG-ODN als Paraimmunisierung (unspezifische Immunisierung vor einer Infektion) verursachte hingegen einen schwereren FV-induzierten Leukämiever-lauf als in infizierten Mäusen ohne vorherige Behandlung. Die prophylaktische CpG-ODN Gabe führte sogar dazu, dass FV-resistente Mäuse empfänglich für eine FV-vermittelte Leukämie wurden. Der negative Effekt der prophylaktischen ODN-Behandlung wurde durch die CpG-ODN induzierte Proliferation der wichtigsten Ziel-zellen des FV (Ter119+- Erythrozytenvorläuferzellen und B-Zellen) verursacht. Durch die Stimulierung dieser Zellen konnte das Virus schneller replizieren, so dass das Immunsystem der Mäuse nicht mehr in der Lage war das Virus zu kontrollieren. Untersuchungen zum therapeutischen Einsatz von CpG-ODN in der späten, leukämi-schen Phase der Infektion zeigten, dass sich CpG-ODN auch für die Bekämpfung von FV-induzierten Tumorzellen einsetzen lassen. Das die CpG-ODN Behandlung von viralen Infektionen zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen kann, konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden. Die CpG-ODN Behandlung stellte einerseits eine effektive Immuntherapie gegen die FV-induzierte Erkrankung dar, andererseits konnte sie die Viruserkrankung auch verstär-ken. Essentiell für den Erfolg der ODN-Behandlung war der richtige Behandlungs-zeitpunkt nach Infektion. Da viele Virusinfektionen durch eine CD8+ CTL-Aktivität kontrolliert werden und CpG-ODN Virus-spezifische CTL Antworten verstärken, ist der Einsatz von CpG-ODN für Behandlungen von Virusinfektionen im allgemeinen sehr interessant. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte eine transkutane Vakzinierung (Impfung über die Haut) gegen Retrovirus-induzierte Erkrankungen etabliert werden. CpG-ODN dienten dabei als starkes Adjuvants zur Induktion einer zellulären Immunantwort. Für die Imp-fung wurden FV-spezifische T-Zell-Epitope (CTL- und T-Helferzell-Peptide) als Anti-gene eingesetzt. Die transkutane Immunisierung schützte Mäuse vor einer FV-induzierten Leukämie. Der durch die Vakzine vermittelte Schutz reichte jedoch nicht aus, um eine persistierende Infektion mit FV zu verhindern. Die Ergebnisse der im-munologischen Untersuchungen zeigten, dass der Impfschutz von FV-spezifischen CD8+-Zellen vermittelt wurde. Die Studie belegt, daß eine nicht invasive Impfung durchaus in der Lage ist, einen Schutz gegen eine Retrovirus-induzierte Erkrankung zu vermitteln.In this study immunstimulatory DNA containing unmethylated CpG motifs (CpG-ODN) was described as a new therapeutic approach against an acute virus infection. Friend virus (FV), a murine retrovirus complex, was used as experimental model. This virus can induce a lethal erythroleukemia in mice. The CpG-ODN therapy increased re-covery from FV-induced leukemia from 6% in the control group to 74% in the CpG-treated group. CpG-mediated recovery was associated with a significant reduction of viral loads in the blood and spleens of treated mice compared to those of control animals. The treatment promoted Th1-type cytokine production by splenocytes of FV-infected mice and augmented FV-specific cytotoxic T-cell responses but no influence on the virus-specific neutralizing antibody response or NK-cells were observed. FV-specific CD8+ T-cells were critical for effective treatment with CpG-ODN, since in vivo depletion of these cells from treated mice prevented their recovery. In stark contrast to the success of post-exposure treatments CpG-treatment of sus-ceptible mice prior to FV-infection accelerated the development of virus-induced erythroleukemia. Furthermore, 70,8% of mice that are resistant to FV-induced leuke-mia developed disease after inoculation of CpG-ODN before infection. The CpG pre-treatment of these mice enhanced viral loads in their spleens and blood compared to controls that received ODN without CpG motifs. The main target cells of Friend virus, erythroid precursor cells and B-cells, proliferated after CpG-ODN inoculation and provided an enlarged target population for viral infection. These findings demonstrate that CpG-ODN treatment of viral infections may be a double-edged swart that can result in an effective therapy but also in an acceleration of disease progression de-pending on the time point of treatment. Taken together, CpG-ODN therapy can significantly enhance virus-specific cellular immune responses and prevent retrovirus-induced disease, when given after virus infection. These findings may have implications for antiviral therapy in general. In ad-dition, successful CpG-treatment of mice with fully established, FV-induced erythro-leukemia implies that CpG-ODN are also interesting molecules for the therapy of vi-rus-induced cancers. The goal of the second part of this work was to establish a transcutan immunisation against retrovirus-induced disease. Here CpG-ODN were used as a strong adjuvants to induce a cellular immune response. As antigenes FV-specific T-cell epitops (CTL- and T-helper-cell-peptides) were utilized. The transcutan immunisation protected mice against FV-induced erythroleukemia. However, the vaccines were not protected from persistent FV infection. FV-specific CD8+ T-cells were induced by the transcutan immunisation. These findings demonstrate the potential of the bare skin immunisation (a non-invasive route) against retroviral infections