Neue Kollegiatinnen und Kollegiaten

Analyse des Immunpeptidoms zur Identifikation kryptischer Neoantigene im Merkelzellkarzinom

Das Merkelzellkarzinom (MCC) ist ein hochmaligner Tumor, dessen Pathogenese mit UV-Strahlung und – in ca. 80% der Fälle – mit dem onkogenen Merkelzell-Polyomavirus (MCPyV) assoziiert ist. Molekulare Unterschiede in Bezug auf den Virus-Status konnten bereits identifiziert werden. Das sehr gute Ansprechen des MCC auf eine Immuntherapie lässt auf ein hohes immunogenes Profil, insbesondere durch Tumor-präsentierende Antigene (virale Peptide und mutationsbedingte Neoantigene), schließen. Eine Assoziation von Mutationslast/Virusstatus mit dem Nutzen von PD-1 Blockern gibt es nach aktuellem Stand der Forschung im MCC nicht.

Im Rahmen dieses Projektes soll geklärt werden, in wie fern Mutationslast/Virusstatus das tatsächliche Immunpeptidom (MHC-präsentierte Peptide) beeinflussen. Auch sollen neue Tumorantigene zu therapeutischen Zwecken definiert werden. Etablierte MCC-Zelllinien aus MCPyV-positiven und -negativen Tumorzellen sowie Patientenproben sollen in Bezug auf die MHC-Klasse-I-präsentierten Antigene untersucht werden. Nach Immunpräzipitation und Separation der jeweiligen HLA/Peptid-Komplexe, schließen sich massenspektrometrische und bioinformatische Analysen an, um potentiell relevante Peptide/Neoantigene zu identifizieren. Im Fokus stehen insbesondere sog. kryptische Peptide (ohne Annotierung in Proteinatlanten), die durch Transkription von intergenischen/intronischen DNA-Bereichen oder fehlerhafter Translation entstehen. Anschließend erfolgt die Immunogenitätsprüfung durch in vitro-Sensitivierung von PBMCs mit den zuvor identifizierten und synthetisch hergestellten Peptiden. Basierend auf den vordokumentierten, MCPyV-Status-abhängigen, strukturellen Unterschiede des MCC gilt es, diese innerhalb der verwendeten Zelllinien näher zu untersuchen und zu bestätigen.

Immuntherapien (Anti-PD1- und Anti-CTLA4-Antikörper) und die zielgerichtete Therapie (BRAF- und MEK-Inhibitoren) haben die Behandlung des metastasierten Melanoms im letzten Jahrzehnt revolutioniert. Nichtsdestotrotz zeigen sich in einem erheblichen Teil der behandelten Patienten im Verlauf Therapieresistenzen oder gar ein primäres Therapieversagen. Die Identifikation eines möglichen Resistenzmechanismus im Zusammenhang mit einer Anti-PD-1-gerichteten Immuntherapie oder einer zielgerichteten Therapie soll das erste Ziel dieses Forschungsprojekts sein. Im Rahmen von Voruntersuchungen der AG Meierjohann konnte eine möglicherweise therapierelevante Aktivität von Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) im Melanom nachgewiesen werden. Der durch Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1)-regulierte Transkriptionsfaktor NRF2 gilt als Regulator der zellulären Stressantwort und wurde bereits mit Therapieresistenzen gegenüber Chemotherapien und EGFR-Inhibitoren in Verbindung gebracht. Das zweite Ziel ist der Nachweis von targetierbaren Oberflächenantigenen auf Melanomzellen (z.B. Her2/neu), für die bereits Medikamente in anderem Kontext zugelassen sind, mittels der von der AG M. Sauer entwickelten Super-Resolution-Mikroskopie (dSTORM). Langfristig soll dieses Projekt die Erforschung möglicher Kombinationsregime aus Anti-PD-1-Antikörpern und bereits zugelassenen zielgerichteten Onkologika im malignen Melanom vorantreiben und die klinische Anwendung nach Evaluation in eigenen Studien ermöglichen.

Das Immunsystem formen – Auswirkungen einer Influenza Virus Infektion auf die Entwicklung des Immunsystems von Kindern

Jedes Jahr infizieren sich drei bis fünf Millionen Menschen mit Influenza mit erheblichen Auswirkungen auf die Weltgesundheit. Influenza Viren treten in unterschiedlichen Subtypen auf, die sich in klinischem Infektionsverlauf, Pathogenität und Virulenz unterscheiden. Säuglinge und Kleinkinder gehören neben älteren Menschen und Schwangeren zu den Influenzarisikogruppen. 20% der ärztlichen Konsultationen im Kindesalter aufgrund eines respiratorischen Infekts werden durch Influenzaviren ausgelöst. Die dadurch getriggerte Immunantwort und die langfristigen Folgen sind bisher kaum erforscht. Kürzlich publizierte Daten legen nahe, dass die Immunantwort auf Influenzainfektionen massgeblich von der ersten Influenzainfektion eines Menschen bzw. des Influenzasubtyps abhängt. Dieses Phänomen wird “original antigenic sin” genannt und erklärt möglicherweise, warum gewisse Altersgruppen während der 1918 und 2009 H1N1 Influenza Pandemien von schweren Verläufen verschont blieben. Es wird vermutet, dass die erste Infektion mit einem bestimmten Influenzasubtyp eine Art “Teilimmunität” für phylogenetisch unterschiedliche Influenzaviren auslösen kann. Seit einiger Zeit ist bekannt, dass das angeborene Immunsystem durch Infektionen oder Impfungen langfristig modifiziert werden kann. Diese Effekte werden “trained immunity” genannt und gehen auf epigenetische Veränderungen zurück. Ziele dieses Projektes sind ein besseres Verständnis für (a) reifungsbedingte Programmierung der zellulären Immunantwort gegen Influenza, (b) die Rolle von epigenetischen Veränderungen im Kontext von “trained immunity” gegen Influenza und andere respiratorische Virusinfektionen und (c) potentielle Mechanismen von “original antigenic sin”.

Differenzierung der Hautkolonisation durch S. epidermidis Stämme bei Frühgeborenen und reifen Neugeborenen

Die mikrobielle Kolonisation des Früh- und Neugeborenen spielt eine wichtige Rolle in der Entwicklung und Interaktion des Immunsystems mit verschiedenen Organsystemen. Die Besiedelung wird einerseits vom maternalen Mikrobiom und dem Geburtsmodus beeinflusst, andererseits von der Umgebung des Kindes unmittelbar nach Geburt bestimmt. Eine frühe Fehlbesiedlung (Dysbiose) kann dabei zu kurzfristigen Folgen wie einer Sepsis führen aber auch zu langfristige gesundheitliche Beeinträchtigungen als Folge einer gestörten Mikrobiom-ImmunInteraktion nach sich ziehen. Staphyloccocus epidermidis (S. epidermidis) ist ein symbiotisches (kommensales) Bakterium der menschlichen Haut, welches physiologische Funktionen für eine balancierte Abwehrfunktion der Haut hat. Bei Frühgeborenen allerdings dominieren pathogene S. epidermidis Stämme das Erregerspektrum der nosokomialen Late-Onset-Sepsis. Ziele dieses Projektes sind (a) eine Analyse der Dynamik der Hautkolonisation durch S. epidermidis Stämme in den ersten Lebenstagen bei Frühgeborenen und reifen Neugeborenen, (b) Charakterisierung der Immunantwort von Neugeborenen (Wirt-Erreger-Interaktion) in vitro sowie (c) mechanistische Untersuchungen zur Pathogenität von S. epidermidis Stämmen im Mausmodell.

Die Rolle von Interleukin-17-produzierenden Zellen im inflammatorischen Netzwerk von Psoriasis und Nichtalkoholischer Fettleber

In Mitteleuropa sind ca. 2% der Bevölkerung an Schuppenflechte (Psoriasis) erkrankt. Diese chronisch-entzündliche Dermatose wird aufgrund ihrer Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2, kardiovaskulären Erkrankungen und der nicht-alkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) mittlerweile als Systemerkrankung aufgefasst. Besonders auffällig ist das etwa zweifach erhöhte Risiko einer NAFLD unter Psoriatikern (50%) gegenüber Nicht-Psoriatikern (25%). Diese klinische Beobachtung ist insofern von wissenschaftlichem Interesse, als Gemeinsamkeiten in der molekularen Pathogenese beider Erkrankungen angenommen werden müssen: Sowohl in der Psoriasis als auch in der NAFLD fungieren Interleukin-(IL-)17-produzierende Th17-Zellen und Tumornekrosefaktor-- sowie Interferon--exprimierende Th1-Zellen als Treiber der Krankheitsentstehung. Zwar konnten in der Systemtherapie der Psoriasis durch gezielte Zytokin(-Rezeptor)-Blockade beträchtliche Erfolge erzielt werden, eine Pharmakotherapie zur Behandlung der epidemiologisch zunehmend prävalenten NAFLD ist trotz intensiver Forschungsbemühungen noch nicht verfügbar. Anhand etablierter Mausmodelle für Psoriasis und NAFLD möchte ich untersuchen, ob in Haut und Leber gleichartige Populationen von Immunzellen residieren. Es soll insbesondere analysiert werden, inwiefern sich Chemokin(-Rezeptor)-Expressionsmuster zytokinproduzierender Lymphozyten in den erkrankten Organen ähneln, um zu klären, ob ein Austausch pathogener Immunzellen zwischen läsionaler Haut und Leber besteht. Mein Projekt soll zum besseren Verständnis der postulierten Haut-Leber-Achse im Kontext der systemischen Inflammation bei Psoriasis beitragen.

Immuntherapeutisch adressierbare T-Zellepitope auf H3.3K27M-mutierten diffuse Mittelliniengliomen

Diffuse Mittellliniengliome (DMG) sind maligne Hirntumoren mit annähernd infauster Prognose, die überwiegend bei Kindern vorkommen. Aufgrund ihrer Lokalisation sind sie chirurgisch kaum angehbar und sprechen nur mäßig auf Radiochemotherapie an. Ein weiteres Charakteristikum ist eine onkogene Mutation in einem Histongen, welche in über 80% dieser Tumoren nachweisbar ist. Im Hinblick auf neue Therapiemöglichkeiten könnte eine TZell-basierte Immuntherapie eine vielversprechende Option sein, da aktivierte T-Zellen die Blut-Hirnschranke aktiv überwinden können und die Fähigkeit zur Penetration des Hirnparenchyms besitzen. Bevor ein T-Zelltransfer jedoch realisiert werden kann, müssen die Epitope, die T-Zellen auf DMG-Tumorzellen erkennen, identifiziert werden. Ziel dieses Projektes ist es zum einen, das Immunopeptidom von DMGs vollständig, d.h. für >90% der in unserer Bevölkerung gängigen HLA-Merkmale, zu entschlüsseln. Dabei soll die Suche nach tumor-spezifischen Peptiden nicht nur Derivate natürlicher Proteine, sondern auch sogenannte kryptische Peptide aus nichtkanonisch translatierten Proteinen umfasssen. Desweiteren wollen wir die Technik der TCR-Sequenzierung in unserer Arbeitsgruppe etablieren und ‘public’ TCRs, welche die H3.3K27M-Mutation sowie auch andere, in DMGs rekurrent vorkommende Peptide erkennen, identifizieren. Solche TCR-Gensequenzen könnten zur Herstellung von TCR-transgenen, tumor-spezifischen T-Zellen verwendet und individualisiert therapeutisch genutzt werden. Zuletzt wollen wir Proben aus einer bereits laufenden Hirntumor-Immuntherapiestudie mit dieser Technik analysieren. Die hier gewonnenen Daten sollen die Grundlage für eine klinische Studie zum adoptiven TZelltransfer bei inkurablen DMGs liefern.

Multimodaler Ansatz zur Entschlüsselung der Pathophysiologie von Neurotoxizität bei Patient:innen post CAR T-Zelltherapie.

Neurotoxicity represents a distinctive, common, and serious side effect associated with CAR T-cell therapy. Its manifestation and severity can range from slurred speech to complete stupor, whereby patients suffer from the consequences associated with neurotoxicity e.g. prolonged hospitalization in addition to the neurotoxic episode itself. Several hypothesis have been suggested to explain these effects like Blood Brain Barrier disruption, central
nervous system (CNS) inflammation, and/or on-tumor/off-target toxicity of CAR T-cells. However, so far no studies have been conducted to comprehend the pathomechanisms underlying the symptoms, leaving a major gap in the treatment of these patients. Therapeutic options to treat neurotoxicity are limited, primarily relying on corticosteroids with varied and sometimes mixed responses in terms of effectiveness. Particularly, for movement and neurocognitive treatment (MNTs) emergent adverse events, a unique kind of neurotoxicity occurring after treatment with cilta-cel, effective treatment options do not exist, which poses a tremendous clinical problem. In the frame of my TWINSIGHT Project, I aim to uncover the disease mechanisms underlying neurotoxicity following CAR T-cell treatment. To discover the cellular effectors underlying this CAR T-cell specific side effect, I aim to map the cellular composition and cellular states of patients presenting neurotoxic symptoms using longitudinal singlecell RNA-seq in the cerebro-spinal fluid and the circulation in collaboration with JMU and HIRI partners. Through our investigations we will be able to enhance control over this serious side effect and therefore improve patient care post CAR T-cell treatment.

Single-cell-RNA Analyse des nasopharyngealen Transkriptoms bei Multiplen Myelom- Patienten unter Therapie mit bispezifischen Antikörpern Teclistamab und Talquetamab (SCUBI)

Die bispezifischen Antikörper Teclistamab und Talquetamab sind seit 2023 in der Rezidivsituation des Multiplen Myeloms zugelassen und zeigen eine Ansprechrate zwischen 60 und 80%. Die Antikörper lassen sich mit herkömmlichen Myelomtherapien kombinieren und werden daher inzwischen auch in der ersten Therapielinie in Studien getestet. Es ist davon auszugehen, dass sie die Myelom Therapie nachhaltig verändern und verbessern werden. Patienten die mit bispezifischen Antikörpern behandelten werden, zeigen aber eine hohe Rate an viralen Atemwegsinfektionen mit teilweise schweren klinischen Verläufen und lange anhaltender  Viruspersistenz. Wir vermuten als Ursache eine Suppression von lokalen Immunzellen (z. B. vollständige
Depletion von lokalen Plasmazellen) im nasopharyngealen Bereich sowie eine Reduktion zirkulierenden Immunzellen wie B-Zellen. Zur Prüfung dieser Hypothese sollen die nasopharyngealen und zirkulierenden Immunzellen von Patienten während des Therapiebeginns mit bispezifischen Antikörpern untersucht und mit Patienten unter konventioneller Chemotherapie verglichen werden. Erstmals werden wir als Methode die Einzelzell-RNA Sequenzierung von Zellen aus nasopharyngealen Abstrichen zur Charakterisierung des nasopharyngealen Transkriptoms verwenden.