Characterization of the underlying mechanisms of adjuvanticity of cyclic di-nucleotides

Libanova, Rimma

Die bislang ausschließlich in Prokaryoten identifizierten sekundären Botenstoffe c-di-GMP, c-di-AMP und c-di-IMP, besitzen immunstimulierende Eigenschaften. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass nach intranasaler Applikation zyklischer di-Nukleotide eine starke Adjuvanswirkung erreicht wird. Intranasale Immunisierung von Mäusen mit c-di-GMP, c-di-AMP oder c-di-IMP zusammen mit einem Modellantigen (ß-Galaktosidase oder Ovalbumin) führte zu einer signifikant höheren antigenspezifischen IgG-Produktion, sowie einer erhöhten antigenspezifischen sekretorischen IgA-Produktion. Das Verhältnis von ß-Gal-spezifischen Antikörpern IgG1 gegen IgG2a, sowie das Zytokinprofil von in-vitro re-stimulierten Milzzellen, weisen auf ein ausgewogenes Th1/Th2/Th17 Reaktionsmuster, welches von allen drei zyklischen di-Nukleotiden gefördert wird. Dennoch zeigte c-di-AMP mehr Potenzial als die anderen zyklischen di-Nucleotide in Bezug auf seine in-vivo und in-vitro Aktivitäten, welches durch die Aktivierung muriner und vor allem menschlicher dendritische Zellen (DZ) und Makrophagen gezeigt wurde. Im zweiten Teil diese Arbeit wurden anschließend die primären Zielzellen und der putative molekulare Wirkmechanismus von c-di-AMP untersucht. Die erhalten Ergebnisse zeigten eine starke Aktivierung von verschiedenen DZ-Subgruppen und eine spezifische Zytokin-Produktion durch konventionelle DZ nach Aktivierung mit c-di-AMP. Funktionelle Untersuchungen die mit c-di-AMP durchgeführt wurden, zeigten eine intravesikulären Akkumulierung des Adjuvans in frühen Endosomen und Lysosomen der DCs, sowie die Aktivierung der MAPK in DZ und Makrophagen. Darüber hinaus zeigten in-vivo-Studien an Zell-spezifischen IFN-beta-Reporter Mäusen, die Fähigkeit des Adjuvans eine Typ-I-IFN-Reaktion in DZ und Monozyten / Makrophagen hervorzurufen.

The nucleotide-based, prokaryotic second messengers, c-di-GMP, c-di-AMP and c-di-IMP are showing immunostimulating properties. In the present study it is demonstrated that after intranasal administration c-di-nucleotides exhibit strong activity as mucosal adjuvant. Intranasal immunization of mice with c-di-GMP and c-di-AMP or c-di-IMP together with a model antigen (ovalbumin or ß-galactosidase) resulted in significantly higher antigen-specific IgG titers and a higher production of antigen-specific secretory IgA (sIgA) in different mucosal territories, as compared with vaccination with antigen alone. The ratio of ß-Gal specific antibodies and the secreted cytokine profiles by in vitro re-stimulated splenocytes suggested that a balanced Th1/Th2/Th17 response pattern is promoted by all three cyclic di-nucleotides. However, c-di-AMP showed more potency in terms of its in vivo and in vitro activities, being able to activate murine and, particularly, human dendritic cells (DCs) and macrophages. Therefore, the second part of this thesis was focused on the identification of the targeted cell types and putative molecular mechanism of action of c-di-AMP. The obtain results showed a strong activation of different DC subsets and a specific cytokine production by conventional DCs after c-di-AMP activation. Functional studies performed with c-di-AMP showed the adjuvant accumulating intravesicular in early endosomes and lysosomes of DCs as well as the activation of the MAPK pathways in DCs and macrophages. Moreover, in vivo studies on cell specific IFN-ß reporter mice revealed that the adjuvant is also able to trigger a type I IFN response in DCs and monocytes/ macrophages.

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Libanova, Rimma: Characterization of the underlying mechanisms of adjuvanticity of cyclic di-nucleotides. 2012.

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