HLA-DP-restricted CD4+ T cell immunity to human cytomegalovirus and its role for leukemia control by haematopoietic cell transplantation
Die allogene hämatopoetische Zelltransplantation (HCT) dient der Heilung von Leukämien. Alloreaktive CD4+ T-Zellen spielen eine wichtige Rolle für den therapeutischen Effekt der HCT, in dem sie inkompatible DP-Moleküle der humanen Leukozytenantigene (HLA) der Klasse II erkennen. Es kommt dennoch häufig zu Rückfällen. Bei einigen Patienten wird die Reaktivierung des humanen Zytomegalievirus (HCMV) nach Transplantation mit einem geringeren Rückfallrisiko in Verbindung gebracht. Der Mechanismus hinter dieser Beobachtung ist jedoch nicht eindeutig geklärt. In dieser Arbeit haben wir die Hypothese des Zusammenspiels zwischen der HLA-DP-vermittelten CD4+ T-Zell-Alloreaktivität und der HCMVImmunität im Hinblick auf die Kontrolle von Leukämien nach Transplantation überprüft. In einem ersten Ansatz wollten wir T-Zell-Rezeptoren (TCR) mit HLA-DP vermittelter alloreaktiver und HCMV-Peptid spezifischer Aktivität mittels TCR next generation sequencing charakterisieren. Mit der Hilfe von in vitro CD4+ T-Zell-Kulturen fanden wir heraus, dass einzelne Peptide und Peptid-Pools von den immunogenen HCMVProteinen, pp65, IE1 und gB, schwache HLA-DP abhängige T-Zell-Antworten auslösten, was die Identifizierung von HCMV-spezifischen TCR-Signaturen ausschloss. Mit Hilfe des Prädiktionsmodells NetMHCIIpan-4.0 haben wir das komplexe 235 kb HCMV-Genom auf stark bindende Peptide (SB; Rang <2%) zu neun häufigen HLA-DP-Allotypen untersucht. Wir fanden eine signifikant höhere Anzahl von SB für HLA-DP-Allele, die das 84-87DEAV Motiv tragen, als für die mit einem 84-87GGPM Motiv (1263 vs. 932, P**). Dazu passend zeigten CD4+ T-Zellen von 39 gesunden Personen, die mit HCMV-Lysat stimuliert wurden, signifikant höhere spezifische Antworten durch HLA-DP 84-87DEAV Allele im Vergleich zu 84-87GGPM Allelen (6,3 % vs. 2,3 %, P**). Außerdem wurden HLA-DP-exprimierende Leukämie-Zelllinien und primäre Leukämie-Blasten, die mit HCMV-Lysat beladen waren, sowohl von HLA-DPals auch von HLA-DR- vermittelten CD4+ T-Zellen effizient erkannt. Ähnliche Daten wurden bei 26 Patienten >10 Monate nach HCT mit HLA-DP-kompatiblen oder nichtkompatiblen Spendern ermittelt. Bei Letzteren war die HCMV-Antwort signifikant höher, wenn sie durch spenderspezifische Allotypen im Vergleich zu patientenspezifischen Allotypen bestimmt war (1,2 % vs. 0,3 %, P***). Dies deutet darauf hin, dass die rekonstituierende HCMV-T-Zell-Immunität durch Spenderzellen angeregt wird. Unsere Daten zeigen, dass das HCMV-Genom eine umfangreiche Menge an Peptiden hervorbringen kann, die an HLA-DP binden und zu robusten CD4+ T-Zell-Antworten führen. Diese werden besonders durch die HLA-DP 84-87DEAV Allotypen vermittelt, welche wiederum bei HCT-Patienten nach HCMV-Reaktivierung zur Eliminierung von HCMV präsentierenden Leukämiezellen beitragen könnten. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein HCMV-Peptidimpfstoff ein potenzieller Ansatz sein kann, um Anti-Leukämie-Reaktionen bei transplantierten Patienten zur verstärken.
Leukemia can be cured by allogeneic hematopoietic cell transplantation (HCT). Immune control by donor-derived alloreactive CD4+ T cells recognizing mismatched class II human leukocyte antigen (HLA) DP molecules plays a major role in the therapeutic effect of HCT. Nonetheless, relapse is frequent. Reactivation of human cytomegalovirus (HCMV) after transplantation is associated with reduced relapse risk in certain patients. However, the mechanism behind this observation is ill-defined. In this thesis, we investigated the hypothesis of an interplay between HLA-DP-restricted CD4+ T-cell alloreactivity and HCMV immunity for post-transplant leukemia control. In an initial attempt, we aimed at characterizing HLA-DP restricted T-cell receptors (TCR) with both alloreactive- and HCMV-peptide-specific activity based on comparative next generation TCR sequencing of in vitro CD4+ T cell cultures. We found that single peptides and peptide pools from immunogenic HCMV proteins, pp65, IE1, and gB, induced weak specific HLA-DP restricted responses, precluding the identification of HCMV-specific TCR signatures. Using the NetMHCIIpan-4.0 platform, we screened the complex 235 kb HCMV genome for predicted strong binding peptides (SB; rank <2%) to nine frequent HLA-DP allotypes and found significantly higher numbers of SB for HLA-DP alleles carrying the 84-87DEAV compared with the 84-87GGPM motif (1263 vs. 932, P**). In line with this observation, CD4+ T cells from 39 healthy individuals stimulated with whole HCMV lysate showed significantly higher specific responses restricted by HLA-DP 84- 87DEAV allotypes compared with 84-87GGPM allotypes (6.3% vs. 2.3%, P**). Importantly, HLA-DP-expressing leukemia lines and primary leukemia blasts loaded with HCMV lysate were efficiently recognized by both HLA-DP and HLA-DR-restricted CD4+ T cells. Similar data were obtained from 26 patients at >10 months after HCT from HLA-DP matched or mismatched donors. In the latter, HCMV responses were significantly higher when restricted by the donor-specific compared with the patient-specific allotype(s) (1.2% vs. 0.3%, P***). This suggests that the reconstituting HCMV-T cell immunity is primed by donor-derived cells. Our data show that the HCMV genome is a rich source of potential HLA-DP peptide binders, giving rise to robust CD4+ T cell responses, which are particularly restricted by HLA-DP 84-87DEAV allotypes. These may contribute to the elimination of HCMV-loaded leukemia cells in patients with HCMV reactivation after HCT. These findings point to HCMV-peptide vaccination as a potential approach for boosting anti-leukemia responses in transplanted patients.