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4.5   Identifizierung  erkannter  CD4 +  T-­‐‑Zell-­‐‑Epitope

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Abb.   4.24.  Schematische  Darstellung  der  Methode  zur  direkten  Identifizierung  von  CD4-­‐‑T-­‐‑Zell-­‐‑Epitopen.   Anti-­‐‑

gen-­‐‑kodierende   DNA   wird   mittels   häufig   schneidender   Restriktionsenzyme   verdaut.   Daraus   resultierende   DNA-­‐‑

Fragmente  (Länge  ~60-­‐‑120  Basenpaare)  werden  in  einen,  für  Bakterien  geeigneten  Expressionsvektor  ligiert.  In  einer   96-­‐‑Loch-­‐‑Kulturplatte  wird  aus  Vektorgemisch-­‐‑transformierten  E.coli-­‐‑Bakterien  eine  Bibliothek,  bestehend  aus  zufäl-­‐‑

ligen   Bakterien-­‐‑Pools,   erstellt.   Durch   IPTG   (Isopropyl-­‐‑β-­‐‑D-­‐‑thiogalactopyranosid)-­‐‑Zugabe   wird   die   bakterielle   Pro-­‐‑

tein-­‐‑Expression  induziert.  Bakterien,  die  nach  Transformation  die  Fähigkeit  zur  Produktion  eines  Antigen-­‐‑Fragment-­‐‑

CAT   (Chloramphenicol-­‐‑Acetyltransferase)-­‐‑Fusionsproteins   besitzen,   werden   mithilfe   von   Chloramphenicol   selek-­‐‑

tiert.  Eine  Suspension  dieser  Bakterien-­‐‑Pools  wird  nachfolgend  direkt  mit  APZ  kokultiviert.  24  h  nach  Beginn  der   Kokultur   werden   CD4+   T-­‐‑Lymphozyten   zugesetzt.   Nach   weiterer   16-­‐‑stündiger   Kulturphase   wird   die   IFN-­‐‑γ-­‐‑

Konzentration  mittels  Standard-­‐‑ELISA  gemessen.  Positiv-­‐‑getestete  Bakterien-­‐‑Pools  werden  aus  der  Bibliothek  heraus   auf  Kultur-­‐‑Agar-­‐‑Platten  ausplattiert.  Einzelkolonien  dieser  Bakterien-­‐‑Pools  werden  daraufhin  erneut,  wie  oben  be-­‐‑

schrieben,  in  der  T-­‐‑Zell-­‐‑Kokultur  getestet.  Erkannte  Antigen-­‐‑Fragment-­‐‑Sequenzen  können  abschließend  durch  DNA-­‐‑

Sequenz-­‐‑Analyse  identifiziert  werden.  (Abbildung  abgeändert  nach  Milosevic  et  al.,  2006).  

   

DNS-­‐‑Fragmente  mit  variabler  Sequenzlänge.  Im  Idealfall  decken  diese  DNS-­‐‑Fragmente   die   Sequenz   der   ursprünglich   eingesetzte   Antigen-­‐‑DNS   mehrfach   ab.   Durch   nachfol-­‐‑

gende  Ligation  in  den  Expressionsvektor  werden  die  DNS-­‐‑Fragmente  mit  der  3’  strang-­‐‑

abwärts   gelegenen   Sequenz   der   Chloramphenicol-­‐‑Acetyltransferase   (CAT)   fusioniert.  

Nach  späterer  Transformation  der  Ligationsprodukte  ermöglicht  dies  die  Selektion  er-­‐‑

folgreich  eingefügter  DNS-­‐‑Fragmente.  Transformierte  Bakterien  exprimieren  die  Fusi-­‐‑

  104   onsproteine  und  überleben  demnach  unter  Einsatz  geeigneter  Antibiotika  nur  solange   es   zu   einer   Expression   der   gesamten   Antigenfragment-­‐‑CAT-­‐‑Sequenz   kommt.   Liegen   die   Antigenfragmente   nicht   im   Leserahmen   der   ursprünglichen   Antigensequenz   ent-­‐‑

steht  statistisch  gesehen  alle  64  Basen  ein  Stop-­‐‑Codon.  Bei  ausreichender  Länge  der  ein-­‐‑

gefügten   DNS-­‐‑Fragmente   reduziert   dies   automatisch   die   Zahl   unbrauchbarer   Ligati-­‐‑

onsprodukte.   Erfolgreich   transformierte   Bakterien   werden   als   Bakterien-­‐‑Mischungen   (Pools)  mit  zufälliger  Fragment-­‐‑Zusammensetzung  kultiviert  und  nachfolgend  mit  ge-­‐‑

eigneten  APZ  kokultiviert.  Die  eingesetzten  APZ  nehmen  die  Bakterien  selbständig  aus   dem  Kulturmedium  auf  und  präsentieren  die  beinhalteten  Peptidfragmente  physiolo-­‐‑

gisch  im  Kontext  von  MHC-­‐‑Klasse-­‐‑II-­‐‑Molekülen.  Die  Komplexität  der  einzelnen  Pools   sollte  so  gewählt  werden,  dass  die  Länge  der  ursprünglichen  Antigensequenz  durch  die   in   der   Gesamtheit   der   Pools   vorliegenden   DNS-­‐‑Fragmente   mehrfach   abgedeckt   wird.  

Somit  sollte  es  nach  Kokultivierung  Bakterien-­‐‑beladener  APZ  mit  Antigen-­‐‑spezifischen   CD4+   T-­‐‑Lymphozyten   zur   Erkennung   einer   oder   mehrerer   Bakterien-­‐‑Mischungen   kommen.   Erkannte   Bakterien-­‐‑Pools   können   aus   der   Ursprungskultur   heraus   ausplat-­‐‑

tiert  werden  und  im  Folgenden  als  Einzelkolonien  auf  APZ  geladen  werden.  Nach  er-­‐‑

neuter   APZ-­‐‑T-­‐‑Zell-­‐‑Kokultur   können   wiederum   erkannte   Bakterienkolonien   der   Plas-­‐‑

mid-­‐‑Präparation  zugeführt  werden  und  die  Nukleotidsequenz  der  vorliegenden  DNS-­‐‑

Fragmente  sequenziert  werden.  

Die  DEPI-­‐‑Methode  stellt  somit  einen  einfachen  und  schnell  durchzuführenden  Arbeits-­‐‑

ablauf  zur  Identifizierung  von  MHC-­‐‑Klasse-­‐‑II-­‐‑Epitopen  dar.  

   

4.5.2  Test  isolierter  TAA-­‐‑spezifischer  CD4+  T-­‐‑Zell-­‐‑Klone    

Wie  in  Abschnitt  3.6  beschrieben  wurde  eine  DEPI-­‐‑Expressionsbibliothek  unter  Einbe-­‐‑

zug   der   fünf   zur  De-­‐‑novo-­‐‑Induktion   TAA-­‐‑spezifischer   CD4+   T-­‐‑Zellen   genutzten   C/T-­‐‑

Antigene  erstellt.  Um  auch  die  Erkennung  möglicher  generierter  Neo-­‐‑Epitope  abzude-­‐‑

cken  beinhalteten  die  in  die  Restriktion  eingesetzten  DNS-­‐‑Sequenzen  jeweils  das  flan-­‐‑

kierende   CrossTAg-­‐‑Sortierungssignal.   Die   durchschnittliche   Länge   der   eingefügten   DNS-­‐‑Fragmente  betrug  82  Nukleotide.  Nach  Transformation  konnte  anhand  des  Probe-­‐‑

ausstrichs   eine   Gesamtzahl   von   180   Kolonie-­‐‑formenden   Bakterien   errechnet   werden.  

Die   somit   in   Bakterien   vorliegenden   DNS-­‐‑Fragmente   deckten   die   Gesamtlänge   aller   eingesetzten  Antigensequenzen  von  4,2  Kilobasen  in  etwa  dreifach  ab.  Die  Gesamtzahl   von  180  Kolonien  wurde  nachfolgend  auf  insgesamt  40  Loch  einer  96-­‐‑Loch-­‐‑Kulturplatte   verteilt.  Die  Komplexität  einer  Plattenvertiefung  belief  sich  demnach  auf  vier  bis  fünf   unterschiedliche

 

DNS-­‐‑Fragment-­‐‑tragende

 

Bakterienkolonien.

 

Zur

 

Untersuchung

 

der    

 

     

Abb.  4.25.  Versuchsansatz  zur  direkten  Epitop-­‐‑Identifizierung   unterschiedlicher   CD4+   T-­‐‑Zell-­‐‑Klone.   Zufällige   Mischungen   Antigenfragment-­‐‑tragender  E.  coli-­‐‑Bakterien  (Stamm  XL-­‐‑1  Blue)   wurden,   durch   Zugabe   ins   Kulturmedium,   16   Stunden   mit   mLCL-­‐‑Zellen   koinkubiert.   Die   zuvor   generierte   Bakterien-­‐‑Ex-­‐‑

pressions-­‐‑Bibliothek   deckt   die   Sequenzen   aller   fünf   Stimulati-­‐‑

onsantigene   (GAGE-­‐‑1-­‐‑CrossTAg,   MAGE-­‐‑A4-­‐‑CrossTAg,   NY-­‐‑

ESO1-­‐‑CrossTAg,  SSX4-­‐‑CrossTAg,  XAGE-­‐‑1-­‐‑CrossTAg)  statistisch   mehrfach  ab  (~  3x).  Bakterien-­‐‑beladene  mLCL  wurden  nachfol-­‐‑

gend  in  die  Kokultur  mit  autologen  CD4+  T-­‐‑Zell-­‐‑Klonen  (GAGE-­‐‑

1-­‐‑TZR-­‐‑1/-­‐‑2/-­‐‑3,   MAGE-­‐‑A4-­‐‑TZR-­‐‑1,   SSX4-­‐‑TZR-­‐‑1   und   XAG   E-­‐‑1-­‐‑

TZR-­‐‑1/-­‐‑2)   eingebracht.   Im   Balken-­‐‑Diagramm   dargestellt   ist   die   IFN-­‐‑γ-­‐‑Konzentration  im  Kulturüberstand  16  h  nach  Ansatz  der   Kokultur  (Einzelwerte).  Die  IFN-­‐‑γ-­‐‑Konzentration  wurde  mittels   Standard-­‐‑ELISA   (Absorptionsmessung   bei   450   nm,   Wellenlän-­‐‑

genkorrektur  bei  570  nm)  gemessen.  

  106   CD4+  T-­‐‑Zell-­‐‑Erkennung  wurden  die  Kulturen  des  DEPI-­‐‑Ansatzes  über  zwei  Inkubati-­‐‑

onsrunden   im   Brutschrank   expandiert   und   durch   Zugabe   ins   Kulturmedium   über   Nacht  mit  mLCL  des  autologen  Blutspenders  koinkubiert.  Nach  erfolgter  Epitop-­‐‑Bela-­‐‑

dung   der   APZ   wurden   diese   in   die   Kokultur   mit   Referenzklonen   aller   isolierter   C/T-­‐‑

Antigen-­‐‑spezifischer  CD4+  T-­‐‑Lymphozyten  eingesetzt  (siehe  Abb.  4.25).    

In  Bezug  auf  ihre  IFN-­‐‑γ-­‐‑Sekretion  zeigten  alle  T-­‐‑Zell-­‐‑Klone  mit  unterschiedlicher  Anti-­‐‑

genspezifität   ein   jeweils   einmaliges   Reaktionsmuster.   CD4+   T-­‐‑Zell-­‐‑Klone   mit   gleicher   Antigenspezifität  bestätigten  jedoch  das  Reaktionsmuster  des  jeweils  anderen  Klons.  So   konnte   übereinstimmend   für   T-­‐‑Zell-­‐‑Klone   mit   Rezeptor   GAGE-­‐‑1-­‐‑TZR-­‐‑1   und   -­‐‑2   eine   spezifische  IFN-­‐‑γ-­‐‑Freisetzung  nach  Kokultur  mit  Bakterien-­‐‑beladenen  APZ  der  Pools  2-­‐‑

C  und  4-­‐‑F  detektiert  werden.  GAGE-­‐‑1-­‐‑TZR-­‐‑2-­‐‑Zellen  erkannten  zudem  Bakterien-­‐‑bela-­‐‑

dene   APZ   des   Pools   5-­‐‑A.   Für   CD4+   T-­‐‑Lymphozyten   mit   MAGE-­‐‑A4-­‐‑TZR-­‐‑1   hingegen   konnte  eine  IFN-­‐‑γ-­‐‑Sekretion  ausschließlich  in  Kokultur  mit  APZ  der  Pools  1-­‐‑E,  4-­‐‑H  und   5-­‐‑D  nachgewiesen  werden.  In  Kokultur  mit  C/T-­‐‑Antigen-­‐‑spezifischen  T-­‐‑Zellen  mit  Re-­‐‑

zeptor  XAGE-­‐‑1-­‐‑TZR-­‐‑1  führten  indes  nur  Bakterien-­‐‑beladene  APZ  der  Pools  1-­‐‑F,  4-­‐‑F  und   5-­‐‑C   zu   einer   spezifischen   Erkennung.   XAGE-­‐‑1-­‐‑TZR-­‐‑2-­‐‑Zellen   zeigten   im   Gegensatz   zu   den  oben  beschriebenen  T-­‐‑Zell-­‐‑Klonen  kein  deutlich  abgesetztes  Reaktionsmuster,  be-­‐‑

stätigten  jedoch  mit  geringfügig  erhöhter  IFN-­‐‑γ-­‐‑Sekretion  nach  Kokultur  mit  APZ  der   Pools  1-­‐‑F,  4-­‐‑F  und  5-­‐‑C  das  Reaktionsmuster  der  XAGE-­‐‑1-­‐‑TZR-­‐‑1-­‐‑Zellen.  CD4+  T-­‐‑Zellen   mit  XAGE-­‐‑1-­‐‑TZR-­‐‑2  zeigten  zudem  eine  schwache  Erkennung  des  Pools  3-­‐‑F.    

Alle  spezifisch  erkannten  Bakterien-­‐‑Pools  müssten  im  nächsten  Schritt  demnach  auf  ge-­‐‑

eigneten  Agarplatten  ausgestrichen  werden  und  somit  erhaltene  Einzelkolonien  erneut   in  die  APZ  Kokultur  eingesetzt  werden.  Nach  wiederholter  T-­‐‑Zell-­‐‑APZ-­‐‑Kokultur  sollte   die   Sequenzierung   isolierter   Plasmid-­‐‑DNS   Aufschluss   über   die   jeweils   erkannten   Epitope  geben.  Diese  nachfolgenden  Schritte  konnten  jedoch  im  Rahmen  dieser  Arbeit   nicht  weiter  verfolgt  werden.    

Die   Versuchsansätze   für   T-­‐‑Zell-­‐‑Klone   mit   Rezeptor   GAGE-­‐‑1-­‐‑TZR-­‐‑3   und   SSX4-­‐‑TZR-­‐‑1   müssten   zudem   wiederholt   werden,   da   in   diesen   Fällen   keine   spezifische   IFN-­‐‑γ-­‐‑Frei-­‐‑

setzung  detektiert  werden  konnte.  Dies  könnte  auf  eine  fehlerhafte  Beladung  der  APZ   zurückzuführen   sein.   Da   jedoch   für   alle   getesteten   CD4+   T-­‐‑Zell-­‐‑Klone   eine   effiziente   IFN-­‐‑γ-­‐‑Sekretion  in  Kokultur  mit  Antigen-­‐‑CrossTAg-­‐‑ivt-­‐‑mRNS-­‐‑transfizierten  APZ  nach-­‐‑

zuweisen  war,  kann  weiterhin  nicht  ausgeschlossen  werden,  dass  die  hier  erstellte  Ex-­‐‑

pressionsbibliothek   die   benötigten   DNS-­‐‑Fragmente   wider   Erwarten   nicht   beinhaltete.  

In  diesem  Fall  müsste  für  die  erfolgreiche  Epitop-­‐‑Identifizierung  eine  neue  bakterielle   Expressionsbibliothek  erstellt  werden.