HIV-spezifische CD4 T-Zell-Antworten in der akuten HIV-Infektion

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Aus dem Institut für Mikrobiologie und Hygiene

der Medizinischen Fakultät Charité – Universitätsmedizin Berlin

DISSERTATION

HIV-spezifische CD4 T-Zell-Antworten

in der akuten HIV-Infektion

zur Erlangung des akademischen Grades

Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät

Charité – Universitätsmedizin Berlin

von

Miriam Schieffer

aus Berlin

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Inhaltsverzeichnis Seite

Abstract in deutscher Sprache 3

Abstract in englischer Sprache 4

Eidesstattliche Versicherung 5

Auszug aus der Journal Summary List 7

Publikation

Schieffer M, Jessen HK, Oster AF, Pissani F, Soghoian DZ, Lu R, Jessen AB, Zedlack C, Schultz BT, Davis I, Ranasinghe S, Rosenberg ES, Alter G, Schumann RR, Streeck H. Induction of Gag-specific CD4 T cell responses during acute HIV infection is associated with improved viral control. J Virol. 2014 Jul;88(13):7357-66.

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Abstract 8

Introduction 8

Materials and Methods 9

Results 9 Discussion 14 References 16 Supplementary Figure 18 Lebenslauf 19 Komplette Publikationsliste 21 Danksagung 22

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3 Abstract

Es ist bekannt, dass CD4 T-Helferzellen eine entscheidende Rolle in der Immunantwort gegen virale Pathogene spielen. Eine Ausnahme bildet dabei die HIV-Infektion, da CD4 T-Zellen gleichzeitig die bevorzugten Zielzellen des HI-Virus sind und damit die Grund-lage für die Replikation des Virus darstellen. Es wurde bereits gezeigt, dass das Vorhan-densein von HIV-spezifischen CD4 T-Zellen in der chronischen Infektion mit einer Kon-trolle der HIV-Infektion einhergeht. Neben bisher ungeklärten Mechanismen trägt die di-rekte zytotoxische Funktion der CD4 T-Zellen in der chronischen Infektion zu einer gerin-gen Viruslast bei. Bisher ungeklärt ist allerdings, welche Rolle eine Induktion der CD4 T-Zellen in der akuten HIV-Infektion unter Berücksichtigung des weiteren klinischen Ver-laufs spielt und ob HIV-spezifische CD4 T-Zellen in der frühen Phase der HIV-Infektion bevorzugt depletiert werden. Um diesen Fragen zu begegnen, haben wir longitudinale Daten einer Kohorte von fünfundfünfzig akut HIV-infizierten Patienten über einen Zeit-raum von zwölf Monaten erhoben. Interessanterweise beobachteten wir, dass die Inten-sität, das Spektrum und die Proteindominanz der HIV-spezifischen CD4 T-Zell-Antworten über den gesamten Zeitraum, von der akuten bis zur chronischen Infektion, stabil blieben. Epitope, die in der akuten Infektion in hoher Intensität CD4 T-Zell-Antworten provozierten, wurden in derselben Intensität auch in der chronischen Infektion von HIV-spezifischen CD4 T-Zellen erkannt. Außerdem sahen wir eine inverse Korrelation zwischen einer star-ken Gag-spezifischen CD4 T-Zell-Antwort in der akuten Infektion und der Viruslast in der chronischen Infektion (R=0.5; P=0.03), während die spezifischen CD4 T-Zell-Antworten gegen das Env-Protein den umgekehrten Effekt zeigten. Des Weiteren wurden die Pati-enten, die bereits in der akuten Infektion bevorzugt HIV-spezifische CD4 T-Zell-Antworten gegen das Gag-Protein und nicht gegen das Env-Protein hatten, signifikant später mit einer antiretroviralen Therapie behandelt, als die Patienten ohne dominante Gag-spezifi-sche CD4 T-Zell-Antworten (P=0.03; log rank). Unsere Daten zeigen insofern, dass be-stimmte HIV-spezifische CD4 T-Zell-Antworten in der frühen HIV-Infektion einen positiven Einfluss auf den weiteren Verlauf der Infektion haben und nicht wie ebenfalls diskutiert wurde, einen Progress der Infektion durch eine erhöhte Zahl an Zielzellen fördern.

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4 Abstract

The important share of CD 4 T cells in the elimination of viral pathogens is well known. In the particular case of HIV infections the role of CD 4 T cells is less clear as CD 4 T cells are the preferred viral target. Previously we demonstrated a strong association between specific CD4 T cell responses and a low viremia during chronic HIV infection. Still the question remains, if the presence of CD4 T cell responses during acute HIV infection determines a beneficial clinical outcome or if the CD4 T cells, as a main target of HIV, present an extended contact surface for viral replication. To investigate this question we longitudinally assessed the HIV-specific CD4 T cell responses in a cohort of fifty-five in-dividuals with primary HIV-1 infection. Whilst looking at breadth and magnitude of the CD4 T cell responses in a cross-sectional analysis and paired analysis in single individu-als, we found a surprising stability in responses from acute to chronic infection. In addition we saw a remarkable conformity in the immunodominance pattern comparing the base-line to further stages of infection. The responses targeting Gag show a non-significant decrease, while the overall contribution of Gag-specific CD4 T cell responses to the over-all HIV-specific responses remained stable. Interestingly we observed an inverse corre-lation of a lower viral set point and the overall contribution of Gag-specific CD4 T cell responses (R=-0.5, p=0.03). A contrary tendency showed the cumulative contribution of Env-specific CD4 T cell responses. Moreover we could evaluate already during acute HIV infection, that a dominant targeting of Gag over Env significantly determines a lower pro-gression of infection as measured by the number of days until initiation of an antiretroviral therapy (p=0.03, log-rank). Our results indicate that an emerging CD4 T cell response in acute HIV-Infection is correlated with long-term disease control.

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Eidesstattliche Versicherung

„Ich, Miriam Schieffer, versichere an Eides statt durch meine eigenhändige Unterschrift, dass ich die vorgelegte Dissertation mit dem Thema: „HIV-spezifische CD4-T-Zell-Ant-worten in der akuten HIV-Infektion“ selbstständig und ohne nicht offengelegte Hilfe Dritter verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel genutzt habe. Alle Stellen, die wörtlich oder dem Sinne nach auf Publikationen oder Vorträgen anderer Autoren beruhen, sind als solche in korrekter Zitierung (siehe „Uniform Requirements for Manuscripts (URM)“ des ICMJE -www.icmje.org) kenntlich gemacht. Die Abschnitte zu Methodik (insbesondere praktische Arbeiten, Laborbestimmungen, statistische Aufarbei-tung) und Resultaten (insbesondere Abbildungen, Graphiken und Tabellen) entsprechen den URM (s.o) und werden von mir verantwortet.

Mein Anteil an der ausgewählten Publikation entspricht dem, der in der untenstehenden gemeinsamen Erklärung mit dem Betreuer, angegeben ist.

Die Bedeutung dieser eidesstattlichen Versicherung und die strafrechtlichen Folgen einer unwahren eidesstattlichen Versicherung (§156,161 des Strafgesetzbuches) sind mir be-kannt und bewusst.“

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6 Ausführliche Anteilserklärung an der erfolgten Publikation

Publikation :

Beitrag im Einzelnen (bitte ausführlich ausführen):

 Einschluss und Aufklärung von 34 Studienpatienten in Berlin, Praxis Jessen.  Betreuung der Patienten über einen Studienzeitraum von 12 Monaten

 Organisation von Terminen zu den vorgesehenen Messpunkten bei 0, 2, 4, 6 und 12 Mo-naten

 Erhebung der demographischen Daten der Patienten und der Time-to-Treatment  Blutentnahmen im Rahmen der regulären Labortermine der Patienten

 Arbeit in der Zellkultur o Isolation von PBMC

o Depletion der CD 8 T Zellen

o Präparation von Elispot-Platten zur Stimulation der CD 4 T Zellen o Entwicklung der Elispot-Platten nach 40 stündiger Inkubation o Einfrieren von Plasma- und Zellproben

o Versand der Elispot-Platten und Kontrollproben in die USA  Formulierung des Abstracts

 Formulierung der Methoden  Beschriftung der Grafiken

 Korrekturlesen der gesamten Publikation

Dr. Heiko Jessen ist der betreuende Allgemeinmediziner der eingeschlossenen Patienten und In-haber der Räumlichkeiten, in der die Zellkultur eingerichtet wurde. Aufgrund seiner erheblichen konzeptionellen Bedeutung für das Projekt wurde er als zweiter Erstautor eingetragen. Die prakti-sche Arbeit zur Erhebung der Daten in Berlin wurde ausschließlich durch Miriam Schieffer ver-richtet.

Unterschrift, Datum und Stempel des betreuenden Hochschullehrers

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Unterschrift der Doktorandin

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19 Mein Lebenslauf wird aus datenschutzrechtlichen Gründen in der elektronischen

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20 Mein Lebenslauf wird aus datenschutzrechtlichen Gründen in der elektronischen

Version meiner Arbeit nicht veröffentlicht.

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21 Komplette Publikationsliste:

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22 Danksagung

Ein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Prof. Dr. med. Ralf R. Schumann, der mir immer motivierend und zuversichtlich beiseite stand.

Des Weiteren möchte ich mich herzlich bei Prof. Dr. med. Hendrik Streeck bedanken, der dieses Projekt ins Leben gerufen hat, der über die lange Distanz hinweg stets mein erster Ansprechpartner war und immer das Ziel klar vor Augen hatte.

Ebenfalls gilt mein Dank Dr. med. Heiko Jessen, der mich über potenzielle Patienten für unser Projekt informierte und mir sein Labor zur Verfügung stellte und Carmen Zedlack, die hier in Berlin immer ein offenes Ohr für mich hatte.

Auch möchte ich Hendriks Mitarbeitern, insbesondere Dr. Franco Pissani, Dr. Richard Lu und Michael Flanders danken, die mir über den gesamten Projektzeitraum einige techni-sche und statistitechni-sche Fragen geduldig beantworteten.

Natürlich danke ich auch insbesondere allen Patienten, die an diesem Projekt teilgenom-men haben und ihre Termine mit mir koordiniert haben.

Nicht zuletzt möchte ich auch besonders meiner Familie und meinen Freunden danken, die immer für mich da sind und mich immer unterstützen. Besonders hervorheben möchte ich dabei meine Mutter, die mich immer motiviert und aufbaut und Jens Nagler, der bei seinen Berlin-Besuchen selbst so einige Stunden im Labor geduldig neben mir verbracht hat.