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The hepatitis B virus core protein takes over a variety of functions during HBV infection and is regulated by posttranslational modifications. Here, we report SUMO modification as novel PTM, which represents a functional switch in core protein regulation. Core protein SUMO PTM is essential for viral DNA import and establishment of the viral persistence reservoir, the cccDNA. Inhibition of SUMOylation interfered with HBV infection and provides a new target for inhibiting HBV replication. Das Hepatitis B Virus Core Protein übernimmt eine Vielzahl von Aufgaben während der HBV Infektion und wird über posttranslationale Modifikationen reguliert. In dieser Arbeit wird die Modifikation mit SUMO als neue PTM beschrieben, die einen funktionalen Schalter der Core Protein Regulation darstellt. Core Protein SUMO PTM ist essentiell für den Kernimport der viralen DNA und die Etablierung der cccDNA als virale Persistenzform. Die Hemmung der SUMOylierung beeinträchtigte die HBV Infektion und bietet neue Ansätze zur Inhibierung der HBV Replikation.

This study focused on the molecular mechanisms of HBV, with the goal to identify a possible treatment. We revealed PML-NBs and post-translational modifications by SUMO have a fundamental impact on HBx protein and the whole HBV infection. Moreover, the association of HBV components to PML-NBs permitted the successful treatment of HBV via ATO administration. Thus, ATO represents a promising novel antiviral therapy against acute and chronic HBV infections, which is urgently required. Diese Arbeit untersuchte die molekularen Mechanismen von HBV mit dem Ziel einer möglichen Behandlung. Hier wurde gezeigt, dass die Lokalisation und posttranslationale Modifikation durch SUMO essenziell für das HBx Protein sowie die gesamte HBV Infektion ist. Des Weiteren ermöglichte die Assoziation von HBV Faktoren mit PML-NBs die erfolgreiche Behandlung von HBV durch ATO. Dies stellt eine vielversprechende und dringend erforderliche neue Therapie gegen akute und chronische HBV Infektionen dar.

Trm remain in tissues after infection. Their phenotype and site-specificity are well studied, but there are still major uncertainties about their biology during reinfection. In this work, a new fate-mapping model is validated and used to analyze the behavior of Trm during reinfection. CD103+ Trm did not expand and were replaced by newly immigrating Trm, in addition an inflammation-induced and antigen-specific gene signature was found. CD103+ Trm thus react locally and are replaced with new Trm. Trm verbleiben nach einer Infektion im Gewebe. Ihr Phänotyp und ihre Ortsgebundenheit sind gut untersucht, aber es gibt noch große Unklarheiten über ihre Biologie während einer Reinfektion. In dieser Arbeit wird ein neues Fate-Mapping-Modell validiert und eingesetzt, um das Verhalten von Trm während Reinfektionen zu analysieren. CD103+ Trm expandierten nicht und wurden durch neu einwandernde Trm ersetzt, zusätzlich wurde eine entzündungsinduzierte und Antigen-spezifische Gensignatur gefunden. CD103+ Trm reagieren somit lokal und werden mit neuen Trm ersetzt.

In this study we identified that restricting pyrimidine levels through pharmacological treatment with leflunomide early during T cell activation blocks the differentiation of CD8+ effector T cells, while the formation of memory precursor and memory T cells remains unaltered. By having access to the earliest memory precursors we further demonstrate that effector and memory precursor T cells separate within the first rounds of division after T cell activation. Furthermore, our data have strong implications for clinical medicine as they illustrate that leflunomide dampens autoimmune disorders by selectively blocking the expansion and differentiation of cytotoxic effector T cells. Diese Studie zeigt, dass eine Restriktion des Pyrimidinspiegels durch pharmakologische Behandlung mit Leflunomid während der T-Zellaktivierung die Differenzierung von CD8+ Effektor-T-Zellen blockiert, während die Bildung von Gedächtnisvorläufer- und Gedächtnis-T-Zellen unverändert bleibt. Des Weiteren zeigen wir, dass sich Effektor- und Gedächtnisvorläufer T-Zellen innerhalb der ersten Teilungsrunden nach Aktivierung separieren. Ebenfalls sind unsere Daten von klinischer Relevanz, da sie offenbaren, dass Leflunomid durch selektive Inhibierung der Expansion und Differenzierung von zytotoxischen Effektor-T-Zellen Autoimmunerkrankungen verzögert.

Um Mechanismen der Viruspersistenz in der Leber zu untersuchen, wurden zwei experimentelle Systeme für hepatotrope Virusinfektionen etabliert. Es zeigte sich, dass die Antigenmenge und Antigenverteilung über einen chronischen oder akuten Verlauf entscheiden. Darüber hinaus wurde eine neue Form der Immunevasion von infizierten Zellen identifiziert, bei der Hepatozyten mit niedriger viraler Antigenexpression einer zytotoxischen CD8 T-Zell-Effektorfunktion entgehen To unravel factors responsible for viral persistence in the liver, two different experimental systems for hepatotropic virus infections have been established. Antigen levels and distribution have been identified as determining factors for development of chronic infection. Moreover, a novel mechanism of immune evasion was identified, whereby infected hepatocytes expressing low levels of viral antigen could escape CD8 T cell effector function.

Chronic hepatitis B virus (HBV) infection represents a major health concern and is associated with a high risk of developing hepatocellular carcinoma (HCC). More than 800,000 people die from HBV-associated diseases every year. In this thesis, immunotherapeutic strategies based on therapeutic vaccination and adoptive T-cell transfer have been demonstrated to have great potential towards cure of chronic HBV infection. New mouse models for chronic HBV infection as well as HCC were generated and evaluated and might represent powerful tools to study other therapeutic interventions. Die chronische Hepatitis B Virus (HBV) Infektion stellt ein großes Gesundheitsproblem dar und ist mit einem hohen Risiko verbunden, an hepatozellulärem Karzinom (HCC) zu erkranken. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass immuntherapeutische Strategien, die auf therapeutischer Vakzinierung und adoptivem T-Zell-Transfer basieren, großes Potential zur Heilung chronischer HBV Infektionen besitzen. Neue Mausmodelle für chronische HBV Infektion sowie HCC wurden entwickelt und evaluiert und repräsentieren leistungsstarke Werkzeuge zur Untersuchung unterschiedlicher therapeutischer Ansätze.

During chronic infections, virus-specific CD8 T cells acquire a differentiation program that is distinct from the one acquired in acute infections. The persisting antigen stimulation causes T cells to become dysfunctional which means that they show impaired effector functions and up-regulated inhibitory receptor expression. To understand the molecular foundation of CD8 T cells dysfunction, we compared the transcriptional profiles of normal and dysfunctional CD8 T cells. We found the transcription factor TOX as one of the mostly upregulated gene in chronically stimulated CD8 T cells. To study the function of TOX, we generated a conditional Knock Out mouse which facilitates peripheral deletion of functional TOX protein in P14 T cells. Following adoptive transfer of ∆TOX or wt P14 in naïve mice infected with acute LCMV Armstrong or chronic LCMV clone13 infection, phenotype and functional analysis, as well as transcriptional profiling, were performed. Moreover, human HCV and Influenza samples were analyzed. TOX expression correlates with the chronic phenotype, both in mice and humans. The absence of TOX induces an effector phenotype, with decreased PD1 but increased KLRG-1 expression and cytokines production. The enhanced effector phenotype is coupled with stronger effector function, which leads to a better viral clearance, but also to an increase in immunopathology. Moreover, TOX absence impairs the survival of dysfunctional CD8 T cells, without affecting CD8 T cells baring an acute phenotype. This impaired survival is due to the loss of the critical Tcf-1+ population in ∆TOX P14 T cells. Interestingly, Tcf-1+ ∆TOX P14 T cells show a strong decrease in PD-1 expression compared to wt Tcf-1+ P14 T cells. TOX promotes the dysfunctional phenotype in CD8 T cells, nonetheless ensures their fitness for long term maintenance during chronic infection. Therefore, TOX is a key regulator of the differentiation program in chronically stimulated T cells. Bei chronischen Infektionendurchlaufen virusspezifische CD8-T-Zellen ein Differenzierungsprogramm, das sich von dem bei akuten Infektionen erworbenen unterscheidet. Die persistierende Antigenstimulation bewirkt, dass T-Zellen dysfunktional werden, was bedeutet, dass diese beeinträchtigte Effektorfunktionen und eine hochregulierte inhibitorische Rezeptorexpression zeigen. Um die molekularen Grundlagen der CD8-T-Zell-Dysfunktion zu verstehen, verglichen wir die Transkriptionsprofile normaler und dysfunktionaler CD8-T-Zellen. Wir fanden den Transkriptionsfaktor TOX als eines der meist hochregulierten Gene in chronisch stimulierten CD8 T-Zellen. Um die Funktion von TOX zu untersuchen, wurdeeine bedingte Knock-Out-Maus hergestellt, die die periphere Deletion von funktionellem TOX-Protein in P14-T-Zellen ermöglicht. Nach adoptiver Übertragung von ΔTOX oder wt P14 in naiven Mäusen, die mit akutem LCMV Armstrong oder chronischer LCMV Klon13 Infektion infiziert waren, wurden Phänotyp- und Funktionsanalyse sowie eiTranskriptionsprofilierung durchgeführt. Darüber hinaus wurden humane HCV- und Influenza-Proben analysiert. Die TOX-Expression korreliert sowohl mit Mäusen als auch mit Menschen mit dem chronischen Phänotyp. Die Abwesenheit von TOX induziert einen Effektorphänotyp mit verringerter PD1 -, aber erhöhter KLRG-1-Expression und Zytokinproduktion. Der verstärkte Effektorphänotyp ist mit einer stärkeren Effektorfunktion gekoppelt, was zu einer besseren Virusclearance, aber auch zu einer erhöhten Immunpathologie führt. Darüber hinaus beeinträchtigt die TOX-Abwesenheit das Überleben von dysfunktionalen CD8-T-Zellen, ohne CD8-T-Zellen zu beeinflussen, die einen akuten Phänotyp aufweisen. Dieses beeinträchtigte Überleben ist auf den Verlust der kritischen Tcf-1 + -Population in ΔTOX-P14-T-Zellen zurückzuführen. Interessanterweise zeigen Tcf-1 + ΔTOX P14 T-Zellen eine starke Abnahme der PD-1-Expression im Vergleich zu wildtyp Tcf-1 + P14 T-Zellen. TOX fördert den dysfunktionalen Phänotyp in CD8-T-Zellen, stellt jedoch ihre Eignung für eine langfristige Erhaltung während einer chronischen Infektion sicher. Daher ist TOX ein Schlüsselregulator des Differenzierungsprogramms in chronisch stimulierten T-Zellen.

The present study combines the benefits of transcript therapy with the principle of suicide cancer treatment by examining chemically modified mRNAs coding for the A-chains of two bacterial toxins (diphtheria toxin and subtilase cytotoxin) and of the plant toxin abrin-a for their anti-tumor efficacy. Applying two different cancer cell lines, toxin-related cytotoxicity is established in vitro, apoptotic characteristics of cell death examined and reduction in tumor growth demonstrated in vivo. Ziel der Studie ist die Verbindung der Vorteile der Transkripttherapie mit den Prinzipien der suizidalen Krebsbehandlung. Hierzu werden chemisch modifizierte mRNAs, die für die A-Ketten zweier bakterieller Toxine (Diphtherietoxin und Subtilase Zytotoxin) und des Pflanzentoxins Abrin-a kodieren, auf ihre Anti-Tumoreffektivität untersucht. Unter Verwendung zweier Krebszelllinien wird die toxin-bezogene Zytotoxizität in vitro festgestellt, apoptotische Charakteristika des Zelltods untersucht und eine Verminderung des Tumorwachstums in vivo nachgewiesen.

We show here that CD4+ T cell immune responses occur within a probabilistic framework, in which T cell receptor avidity to cognate peptide modulates the likelihood of T cells to divide or differentiate. Wir zeigen hier, dass CD4+ T-Zell-Immunantworten in einem probabilistischen Rahmen stattfinden, in dem die T-Zellrezeptor-Avidität zu einem spezifischen Peptid die Wahrscheinlichkeit moduliert mit der sich eine T-Zelle teilt oder differenziert.

Helicobacter pylori γ-glutamyltransferase (HpgGT) can impair T-lymphocyte proliferation. The aim of this thesis was to elucidate the underlying mechanism and the role of HpgGT during infection. It was found that T-cell activation and effector cytokine expression was compromised by HpgGT in a glutamine-dependent manner. During experimental infection, HpgGT was shown to facilitate colonization and to induce inflammation supporting its important role as virulence factor. Die Helicobacter pylori γ-Glutamyltransferase (HpgGT) kann die Proliferation von T-Lymphozyten hemmen. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, aufzuklären, was dieser Beobachtung zugrunde liegt und welche Rolle die HpgGT der Infektion spielt. Es konnte gezeigt werden, dass die T-Zell Aktivierung und Zytokinexpression von der HpgGT in Abhängigkeit vom verfügbaren Glutamin gehemmt wurde. Zudem wurde beobachtet, dass die HpgGT die Besiedelung und die Entzündungsreaktion begünstigt.