Mechanisms of decreasing HIV-1 specific CD8+ T cell activity during progression to AIDS Kostense, S.

Transcriptie

1 UvA-DARE (Digital Academic Repository) Mechanisms of decreasing HIV-1 specific CD8+ T cell activity during progression to AIDS Kostense, S. Link to publication Citation for published version (APA): Kostense, S. (2001). Mechanisms of decreasing HIV-1 specific CD8+ T cell activity during progression to AIDS General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam ( Download date: 03 Feb 2017

2 119 9 Samenvattingg voor niet ingewijden Hett immuunsysteem heeft als taak ziekteverwekkerss zoals bacteriën en virussen op te ruimen.. Zodra een ziektekiem het lichaam binnendringtt wordt het immuunsysteem gewaarschuwdd en worden allerlei witte bloedcellenn geactiveerd om elk hun eigen taak uit tee voeren zodat de infectie gestopt wordt of onder controlee gehouden wordt. De in dit onderzoek beschrevenn belangrijkste witte bloed cellen zijn de CD44 en de CD8 T cellen. De CD4 T cellen zijn de helperr cellen, die andere cellen van het immuunsysteemm aansturen en ondersteunen. De CD8 TT cellen zijn de soldaten van het immuunsysteem. Dezee CD8 "soldaat" cellen zoeken en doden virusgeïnfecteerdee cellen. Voor een goede immuunresponss zijn dus zowel CD4 T cellen als CD8 TT cellen nodig. Hett humaan deficiëntie virus (HIV) infecteert CD4 T cellenn en het aantal CD4 T cellen neemt dan ook af Soortenn T cellen. tijdenss het natuurlijk verloop. Na een aantal jaren Aann het begin van een mensenleven zijn T cellen waarinn de infectie nauwelijks klachten veroorzaakt nogg geen virus of ander ziektekiem tegengekomen (asymptomatische(asymptomatische infectie) breekt een enn stadium weten aan ze ook nog niet goed hoe te handelen. waarbijj het aantal CD4 T cellen heel laag gewordenn is en waarbij het immuunsysteem niet in staatt is om alledaagse ziektekiemen de baas te kunnen.. Dit stadium heet AIDS (verworven immuun deficiëntiee syndroom). Een nog onverklaard verschijnsell is dat terwijl HIV alleen CD4 T cellen infecteert,, de infectie ook duidelijk de CD8 T cellen aantast.. De hoofdvraag in dit proefschrift is hierop gericht:: Waarom neemt de antivirale activiteit van CD88 T cellen af? Zijn er te weinig verschillende T cellenn of zijn er te weinig CD8 T cellen tegen HIV? Neemtt de functie per CD8 T cel af of ontsnapt het viruss door zich telkens te veranderen? Onderzoek naarr deze mogelijkheden staat beschreven in de TT cel diversiteit Zowell CD4 als CD8 T cellen moeten lichaamsvreemdee indringers goed van lichaamseigenn cellen kunnen onderscheiden. CD4 T cellenn zouden anders ten onrechte andere cellen aann het werk zetten en CD8 cellen zouden anders gezondee cellen in plaats van geïnfecteerde cellen doden.. T cellen herkennen de aanwezigheid van vreemdee levensvormen door een speciale T cel receptorr (TCR). Deze receptor bindt als een sleutel opp een slot aan een bepaald stuk virus, maar niet opp een lichaamseigen eiwit of cel. Elke T cel heeft zijnn eigen genetische informatie voor deze receptor.. Zo maakt iedere T cel zijn eigen receptor diee uniek is en specifiek alleen één bepaald virus off eiwit herkent. Het immuunsysteem maakt een enormee hoeveelheid verschillende T cellen met verschillendee T cel receptoren aan zodat elk mogelijkk ziektekiem herkend kan worden. Dee TCR bevindt zich aan de buitenkant van de T cell en kan een geïnfecteerde cel herkennen als dezee cel aan zijn oppervlak een zogenaamd HLAeiwitt heeft (Figuur 1, blz intro). Het HLA-eiwit verzameltt eiwitten van binnen in de cel, en als een cell geïnfecteerd is met een virus, zal dit te zien zijn doorr virusstukjes op het HLA-eiwit. Een HIVspecifiekee CD8 T cel is herkenbaar aan zijn HIVspecifiekee T cel receptor. Met kunstmatige HLA eiwittenn met daarin gevouwen HlV-fragmenten en eenn aangebouwde kleurstof, kunnen wij de HIVspecifiekee CD8 T cellen kleuren en apart onderzoeken.. Zee zijn dan "naïef omdat ze nog geen ervaring hebbenn en bij de eerste infectie hulp nodig hebben vann bijvoorbeeld CD4 T cellen. Als een CD4 of CD88 T cel een virus tegenkomt en met de TCR een deell van het virus op het HLA-eiwit herkent, zal de cell gaan delen zodat er een groot aantal nakomelingenn ontstaat die dezelfde TCR hebben. Zoo ontstaat een groot leger van met name CD8 T cellenn tegen de indringer. CD4 T cellen delen meestall in mindere mate dan CD8 T cellen omdat eenn relatief klein aantal CD4 T cellen genoeg is om eenn grotere groep CD8 T cellen aan te sturen. Een legerr virus specifieke CD8 T cellen krijgt opdrachtenn van CD4 T cellen zodat de CD8 T cellenn actief virusgeïnfecteerde cellen opsporen en doden.. Dit worden dan "effector" cellen genoemd. Alss de infectie overwonnen is, zijn veel van deze effectorr cellen niet meer nodig en sterven af. De viruss specifieke CD8 T cellen die over blijven, kunnenn bij een volgende besmetting door hetzelfde viruss sneller opnieuw reageren en de indringer opruimenn en worden daarom "geheugen" cellen of memoryy cellen genoemd. Inn dit proefschrift staan de HIV-specifieke CD8 T cellenn en de CD4 T cellen die hen bijstaan centraal. Inn het eerste deel wordt de genetische variatie van dee T cel receptor onderzocht om te onderzoeken of err genoeg verschillende T cellen aanwezig zijn om allerleii ziektekiemen te herkennen. In het tweede

3 120 0 Samenvatting g deell wordt het aantal HIV-specifieke CD8 T cellen gemetenn in de memory en effector populaties en wordtt de functionaliteit ervan bekeken. (2)) CD27 + memory cellen en CD27~ effector cellenn hebben vaak gedeeld en vooral effector cellenn beslaan uit weinig verschillende T cel klonen.. De verschillende soorten naïef, memory en effectorr cellen, zijn te onderscheiden aan bepaaldee eiwitten op het celoppervlak. CD27 bijvoorbeeldd is een soort schakelaar, waarmee naïevee cellen aangeschakeld kunnen worden en effectorr cel worden. Naïeve en memory T cellen hebbenn deze schakelaar op het celoppervlak omdatt deze aangeschakeld moeten worden wanneerr het nodig is. Effector cellen zijn al aangeschakeldd en weten wat ze moeten doen, dezee hebben geen CD27 schakelaar meer nodig. Hett proloog laat zien dat de CD27 + memory en CD27 -- effector cellen vaker gedeeld hebben dan naïevee cellen. Ookk is de diversiteit van de TCR-genen onderzocht doorr de lengte van de TCR genen te onderzoeken. Dezee lengte diversiteit geeft de karakteristieke piekenpatronen.. In de naive T cellen zijn veel verschillendee lengtes van TCR genen dus bestaat dezee populatie uit veel verschillende T cellen. Onderr de memory en vooral effector cellen bevindenn zich veel T cel klonen die dezelfde TCR hebbenn en dus dezelfde virussen herkennen. Deell 1 T cel diversiteit: (3}} Na therapie komen eerst CD4 + T cel klonen inn het bloed en pas later verbetert de diversiteit vann de CD4+ T cellen. CD8 cellen hebben CD4 cellenn nodig voor hulp. CD4 cellen worden gedoodd door HIV, dus kunnen er bepaalde CD4 cellenn missen die nodig zijn om infecties te bestrijden.. Hiervoor wordt de lengte diversiteit vann TCR genen bekeken in naive en memory CD4 ++ T cellen. Er zijn inderdaad gaten in het repertoiree van TCR in HIV patiënten. Na het startenn van antiretrovirale therapie komen er weerr vele naïeve en memory CD4 + T cellen bij, maarr deze hebben veelal dezelfde TCR. Het duurtt echter tenminste een jaar voordat nieuwe soortenn CD4 + T cellen terug lijken komen. (4)) Tijdens anti-hiv therapie verdwijnen de meestee CD8 T cel klonen en komen andere T cellenn met andere TCR's vanuit de lympheklieren terugg in het bloed. Ook voor CD8 cellen hebben is onderzochtt of de diversiteit van de TCR genen in naïevee en memory cellen na therapie weer beter wordt.. De diversiteit neemt inderdaad toe, hetgeen waarschijnlijkk veroorzaakt wordt doordat dominantee T cel klonen die hoog in aantal waren, doorr de behandeling verminderen, waardoor anderee T cellen met andere TCR genen weer te zienn zijn. Door het patroon van TCR genen in bloed tee vergelijken met TCR genen in lymfeklieren blijkt datt vele nieuw verschenen CD8 en CD4 T cellen niett zozeer nieuw zijn, maar vanuit de lymfklieren terugg in het bloed komen. (5)) T cel receptoren van CD4 + T cellen kunnen tijdelijkk niet te zien zijn door dominante klonen, maarr zijn later wel weer te meten. Om te onderzoekenn of het ontbreken van TCR genen veroorzaaktt wordt door het verlies van CD4 + T cellenn is onderzocht of deze genen later in de tijd weerr terug komen. Deze komen zo snel weer terug datt geconcludeerd wordt dat ze nooit weg zijn geweest,, maar even niet te vinden waren vanwege eenn hun lage aantal. Deell 2: Aantal, soort en functie van HIV specifiekee CD8 + T cellen. In dit deel worden CD8 + TT cellen die een HlV-specifieke TCR hebben zichtbaarr door een kleurstof. Dit wordt gedaan mett zogenaamde tetrameren, die bestaan uit vier HLA-eiwittenn die stukjes virus aan zich hebben gebonden.. CD8 + T cellen met een HIV-specifieke T cell receptor zal aan de tetrameer plakken. Door eenn fluorescente kleurstof die aan de tetrameer vastt zit, kunnen de HIV-specifieke CD8 + T cellen herkendd en geteld worden. Zo kan in elk bloedmonsterr bepaald worden hoeveel HlVspecifiekee CD8 + T cellen aanwezig zijn en van welkk type deze cellen zijn. (7)) Het aantal HIV-specifieke CD8 T cellen voorspeltt hoe lang geïnfecteerde personen gezondd blijven. In hoofdstuk 7 wordt onderzocht off het aantal HIV-specifieke CD8 T cellen van invloedd is op de gezondheid van de patiënten en off dit aantal afneemt tijdens het verloop van de infectie.. Tijdens het ziekteverloop zijn er veel anti- HIVV CD8 T cellen te vinden in patiënten. Personen mett veel HIV-specifieke CD8 cellen hadden relatief minderr virus en bleven langer gezond dan personenn met minder HIV-specifieke CD8 T cellen. Echter,, het aantal HIV-specifieke T cellen vermindertt nauwelijks tijdens het verloop van de infectie,, zelfs niet in patiënten die uiteindelijk AIDS krijgen.. De HIV-specifieke CD8 cellen zijn meestal CD27 ++ memory cellen. (8)) Patiënten met weinig CD4 + T cellen kunnen hogee aantallen HIV-specifieke CD8 + T cellen hebben,, maar deze cellen zijn niet instaat het viruss te onderdrukken.

4 Samenvatting g Inn hoofdstuk 8 is te zien dat de anti MIV CD8 cellenn alleen het virus onderdrukken als de patiëntt nog genoeg CD4 + T cellen heeft. In een paarr personen is het virus gemuteerd zodat het minderr goed herkend wordt door CD8 + T cellen. Inn de meeste andere personen echter is het virus onveranderdd herkenbaar. Er moet dus een anderee oorzaak zijn voor het gebrek aan controlee over het virus. Functionelee virus specifieke CD8 + T cellen maken antiviralee cytokines (bijvoorbeeld interferon gammaa (IFNy) aan nadat ze in aanraking komen mett virusdeeltjes. Veel CD8 + T cellen in HIVgeïnfecteerdee personen blijken echter niet functioneell te reageren na contact met HIV deeltjes:: ze produceren geen IFNy. Als ze dat niett kunnen, kunnen ze waarschijnlijk ook geen geïnfecteerdee cellen doden. (9)) Veel CD27" effector cellen vertraagt de ontwikkelingg van AIDS. In HlV-geïnfecteerde individuenn zijn de HIV-specifieke CD8 T cellen voorall memory cellen. Als echter in dezelfde patiëntenn gekeken word naar Epstein-Barr Virus (EBVJ-spedfiekee CD8 T cellen blijkt dat deze meestall na een aantal jaren van infectie veranderenn in CD27~ effector cellen. Patiënten die geenn EBV-specifieke effector cellen krijgen, hebben eenn grotere kans om bloedkanker (non Hodgkin) te krijgen.. Alss een patiënt meer HIV-specifieke effector cellen dann gemiddeld heeft, blijft de patiënt langere gezondd vergeleken met patiënten met weinig effectorr cellen. Daarnaast blijken effector cellen meerr cytokinen te maken dan memory cellen. Hieruitt volgt dat effector cellen zeer belangrijke en waarschijnlijkk de meest effectieve cellen zijn om eenn virus infectie onder controle te houden. (10)) Tijdens de ontwikkeling van AIDS nemen HIV-specifiekee CD8 + T cellen niet af in aantal maarr verliezen hun functie. HlV-geinfecteerde personenn hebben over het algemeen veel HIVspecifiekee CD8 + T cellen. In het verloop van de infectiee worden deze niet minder in aantal, maar kunnenn deze steeds minder cytokines maken na contactt met HlV-deeltjes. Het aantal functionele cellenn correleert met het aantal CD4 + T cellen, wat weerr duidt op een tekort aan CD4 help voor deze CD88 cellen. Deze studie laat zien dat de HIVspecifiekee CD8 + T cellen niet in aantal, maar in functionaliteitt achteruitgaan tijdens het ziekteverloopp en verklaart waarom de patiënten ondankss HIV-specifieke CD8 + T cellen toch uiteindelijkk AIDS krijgen. (11)) CD8+ T cellen die HIV op HLA-B57 herkennenn vertragen de ontwikkeling naar AIDSS door een gemiddeld hogere functionaliteit.. In hoofdstuk 1 1 worden de eigenschappenn van B57 gekoppelde CD8 + T cellenn onderzocht. Door de CD8 cellen te stimulerenn met verschillende hoeveelheden HIV deeltjess en te meten hoeveel cellen cytokines producerenn wordt duidelijk welke cellen het bestee werken. Van alle HIV-specifieke CD8 + T cellenn die het virus herkennen op HLA-B57, produceertt een groot percentage ook daadwerkelijkk cytokines terwijl HLA-A2 of HLA- B88 gekoppelde CD8 + T cellen minder cytokines maken.. Tevens is de productie van cytokines al meetbaarr bij lagere stimulaties voor B57- T cellenn dan bij andere T cellen. Deze verschillen lijkenn deels te verklaren waarom HLA-B57 herkennendee CD8 T cellen beschermend zijn en zorgenn voor langere perioden zonder AIDS. (12)) Antivirale therapie verlaagt het aantal HIV-specifiekee CD8 + T cellen, maar verbetert dee functie, van zowel HIV- als EBV-specifieke T cellen.. De CD8 cellen verliezen hun functie tijdens HIVV infectie. In hoofdstuk 12 wordt onderzocht of antiviralee therapie de functionaliteit verbeterd. Doorr de therapie verdwijnen de meeste HIV deeltjes,, waardoor de HIV-specifieke CD8 cellen ookk dalen in aantal, omdat het voor deze cellen lijktt alsof de infectie voorbij is. De cytokine productiee van de overgebleven HIV-specifieke T cellenn blijkt echter relatief gestegen te zijn. Voor EBVV specifieke CD8 cellen blijkt dat het aantal niet verandert,, maar wel hun cytokine productie. Deze studiee laat zien dat een relatieve verbetering van dee functie van virus specifieke cellen mogelijk is. Conclusies: : Inn het onderzoek dat in dit proefschrift wordt beschrevenn werd afname van de anti-hiv activiteit vann CD8 + T cellen tijdens de HlV-infectie bestudeerd.. Verschillende mogelijkheden zijn onderzocht: : 1.. Er blijven te weinig verschillende CD4 + T cellen overr om de CD8 + T cellen te helpen. 2.. Er zijn te weinig verschillende CD8 + T cellen over omm het virus en andere ziektekiemen te herkennen 3.. Het virus verandert waardoor de CD8 + T cellen hett virus niet meer herkennen. 4.. Het aantal HIV-specifieke CD8 T cellen neemt af 5.. De functie per Hl V-specifieke CD8 T cel neemt af f

5 122 2 Samenvatting g Dee eerste twee mogelijkheden zijn onderzocht aan dee hand van de verschillende T cel receptor genen diee aanwezig waren in verschillende stadia van de HlV-infectie.. Het blijkt dat de diversiteit van CD4 + enn CD8 + T cellen wel verstoord wordt, maar dat ditt niet direct betekent dat bepaalde cellen er niet meerr zijn. Dee analyse van de TCR diversiteit is eigenlijk niet nauwkeurigg genoeg om uitspraken te doen over HIV-specifiekee T cellen. Daarom zijn er diverse experimentenn gedaan waarin alleen de HIVspecifiekee en in vergelijking ook de EBV-specifieke TT cellen zijn onderzocht. In hoofdstuk 8 is onderzochtt of patiënten die AIDS kregen veel gemuteerdee virussen hadden, waardoor hun CD8 + TT cellen het virus niet meer herkenden en de geïnfecteerdee cellen niet konden uitschakelen. Dit bleekk slechts af en toe voor te komen en bovendien wass ten hoogste 30% van de virus populatie veranderd.. De rest van de virussen was dus nog gewoonn herkenbaar. Hieruit volgt de conclusie dat ontsnappingg van het virus aan de CD8 + T cellen niett het grootste probleem is voor HIVgeïnfecteerdee personen. Wel zijn grote hoeveelhedenn virus specifieke T cellen in het bloed vann geïnfecteerde personen gevonden. Hoewel sommigee personen uiteindelijk deze cellen verloren, haddenn andere personen daarentegen enorme hoeveelhedenn tot zelfs na AIDS diagnose. Echter eenn groot deel van de HIV-specifieke T cellen reageerdenn niet op stimulatie met virusdeeltjes. Tijdenss het verloop van de infectie nam het aantal functionelee cellen af in de meeste patiënten die AIDSS kregen. Deze afname verliep synchroon aan dee afname van het aantal CD4 + T cellen. Dit suggereertt dat CD8 + T cellen hulp nodig hebben vann CD4 cellen en zonder deze hulp, wel aanwezigg blijven, maar niet meer functioneel zijn. Hett lijkt erop dat T cellen die een voordeel hebben zoalss HLA-B57 gekoppelde T cellen inderdaad ookk gemiddeld een betere functie hebben dan anderr HIV-specifieke T cellen. Dee conclusie is dat niet het aantal, maar het functionerenn van HIV-specifieke CD8 + "soldaat" T cellenn afneemt tijdens het ziekteverloop. Therapie zouu gericht moeten zijn om het immuunsysteem te ondersteunen.. De huidige therapieën zorgen alleen voorr een onderdrukking van de hoeveelheid virus, enn het lijkt dat dit het immuunsysteem de gelegenheidd geeft terug op sterkte te komen. Het laatstee beetje virus zal door het immuunsysteem zelff moeten worden opgeruimd. Dit zal alleen lukkenn als het immuunsysteem versterkt wordt en daarr zijn immunotherapeutische behandelingen voorr nodig (zoals vaccinatie) die de Hl V-specifieke immuunresponss versterkt.

6