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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Verwendung von mindestens einem PIM und/oder mindestens einer
NK-T-Zelle, die durch ein PIM aktiviert wird, zur Herstellung eines
Medikaments zur Behandlung einer Erkrankung, deren Ursache eine
Infektion durch bakterielle Agenzien oder ein Krebs ist.
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NK-T-Zellen sind eine besondere Untergruppe
der α/β-T-Lymphozyten und exprimieren
mit NK- (Natürlichen
Killer-) Zellen assoziierte Zelloberflächenmarker, wie NK1.1 (Bendelac
et al., 1995) und bestimmte Mitglieder der Ly-49-Familie (Ortaldo
et al., 1998). Sie unterscheiden sie zudem von herkömmlichen
T-Lymphozyten durch
bestimmte Eigenschaften ihrer T-Rezeptoren: Die α-Kette ist invariant und entsteht
durch eine Umlagerung zwischen den Segmenten Vα14 und Jα281, die mit einer konservierten
CD3-Region assoziiert sind (Koseki et al., 1991; Lantz et al., 1994).
Außerdem
verwenden sie ein eingeschränktes
TCRβ-Repertoire (Bendelac
et al., 1997). Schließlich
und im Gegensatz zu den üblichen
T-Zellen exprimieren die NK-T-Zellen den Rezeptor TCR (T-Zell-Rezeptor)
in einer mittleren Menge und sind auf das MHC-Klasse-Ib-Molekül CD1 restringiert
(Bendelac et al., 1997). Die Domänen α1 und α2 des CD1d1-Moleküls präsentieren
eine hydrophobe Bindungsstelle, die an den Lipidkern von Glycosylceramiden
(Brossay et al., 1998) und an durch ein GPI (Glycosylphosphatidylinositol)
verankerte Proteine bindet, wodurch CD1-Glycolipid-Komplexe entstehen,
die von NK-T-Zellen erkannt werden (Brossay et al., 1998; Kawano
et al., 1997; Burdin et al., 1998; Brossay et al., 1998; Schofield
et al., 1999).
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Die in-vivo-Funktionen von NK-T-Zellen
sind noch lange nicht vollständig
beschrieben. NK-T-Zellen spielen eine Rolle bei der Abstoßung von
Tumoren, die durch IL-12 vermittelt werden (Takeda et al., 1996;
Cui et al., 1997; Kawano et al., 1998). Sie sind außerdem bei
bestimmten Autoimmunerkrankungen von Menschen und Mäusen und
bei Infektionsvorgängen
impliziert, entweder durch die Produktion von Cytokin des Th-1-oder Th-2-Typs (Hammond
et al., 1998; Flesch et al., 1997; Enomoto et al., 1997) oder durch
ein Absinken in der Anzahl dieser Zellen (Mieza et al., 1996; Wilson
et al., 1998; Emoto et al., Eur. J. Immunol. 1997; Emoto et al., Inf. & Imm., 1997).
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Über
die Mechanismen, welche die in-vivo-Aktivierung von NK-T-Zellen
einleiten, ist ebenfalls sehr wenig bekannt. Eine Aktivierung dieser
Zellen durch ein Ceramid, α-Galactosylceramid,
ist gezeigt worden (Kawano et al., 1998, und WO 98/44 928). Ein
neuerer Artikel von Schofield et al., 1999, berichtet außerdem die
Ergebnisse der in-vivo-Reaktion von peripheren NK-T-Zellen auf verschiedene
GPI (Glycosylphosphatidylinositole).
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Die Autoren der vorliegenden Erfindung
haben einerseits entdeckt, dass die NK-T-Zellen durch Phosphoinositolmannoside
(PIM) aktiviert werden können,
und andererseits, dass diese Aktivierung eine granulomatöse Immunreaktion
hervorruft.
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Die Autoren der vorliegenden Erfindung
haben ebenfalls gezeigt, dass die Aktivierung von NK-T-Zellen, die
für die
granulomatöse
Reaktion verantwortlich sind, unabhängig vom CD1/TCR-Weg ist und
tatsächlich von
dem durch CD14 vermittelten Weg der angeborenen Immunität. abhängt. Mittels
PIM, welche die NK-T-Zellen aktivieren, lässt sich die Antwort des Wirts
auf einen Weg des TH1-Typs ausrichten. Dies konnte von den Erfindern
mithilfe direkter Messungen von Cytokinen gezeigt werden, die in
des Innere des Granuloms freigesetzt werden.
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Auf der Grundlage dieser Ergebnisse
schlagen die Autoren der vorliegenden Erfindung die Verwendung von
mindestens einem PIM und/oder mindestens einer durch ein PIM aktivierter
NK-T-Zelle zur Herstellung eines Medikaments vor, das für die Behandlung
einer Erkrankung gedacht ist, bei der eine granulomatöse Immunreaktion
gewünscht
wird, wobei dies Erkrankungen sind, deren Ursache eine Infektion
durch bakterielle Agenzien oder Krebserkrankungen sind.
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Erfindungsgemäß kann man das Phosphatidylinositolmannosid
(PIM) in Verbindung mit einem pharmazeutisch verträglichen
Vehikel verwenden.
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Das verwendete Phosphatidylinositolmannosid
kann durch chemische Synthese, zum Beispiel ausgehend von Inositolphosphat,
durch Umsetzung mit einem Diacylglycerin und anschließende Mannosylierung
gemäß bekannten
Verfahren hergestellt werden. Die verwendeten PIM können ebenfalls
durch Reinigung aus Zellwänden
von Bakterien erhalten werden.
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Die Reinigung von PIM aus den Zellwänden von
Bakterien kann gemäß Standardtechniken
erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind. Vorzugsweise stammt das
verwendete PIM aus Mycobakterien und lässt sich beispielsweise aus
Mycobacterium tuberculosis erhalten.
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Unter den PIM, die verwendet werden
können,
lassen sich diejenigen der Formel nennen:
worin:
– R
1, R
2, R
3,
R
4 und R
5 unabhängig voneinander
ausgewählt
sind aus einer Hydroxylgruppe und einer Gruppe (Man)
x,
wobei
(Man)
x für
mindestens eine an Inositol gebundene Mannosidgruppe steht, x die
Anzahl der Mannosemotive ist (die miteinander linear verbunden sind)
und vorzugsweise von 1 bis 6 variiert;
– R
6 oder
R
7 unabhängig
voneinander ein Fettsäurerest
ist, der vorzugsweise 18 bis 24 Kohlenstoffatome trägt und vorzugsweise
keine Doppelbindung enthält
und vorzugsweise zudem keine polare Substitution enthält.
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Bevorzugt sind R1,
R2, R3, R4 und R5 derart,
dass nur zwei von ihnen, die vorzugsweise nebeneinander liegen,
eine (Man)x-Gruppe darstellen, wobei die
drei übrigen
Gruppen somit Hydroxylgruppen sind.
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Vorzugsweise haben die verwendeten
PIM die Formel (I), worin R2 und R3 (Man)x-Gruppen
sind und R1, R4 und
R5 OH-Gruppen
sind.
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Beispielsweise können PIM der Formel (I) verwendet
werden, worin:
R1, R9 und
R5 OH-Gruppen sind;
R2 eine
Mannosidgruppe [(Man)x, wobei x = 1] ist;
und
R2 (Man)x ist,
wobei x 1 bis 6 ist.
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Es ist außerdem möglich, PIM zu verwenden, die
so modifiziert sind, dass sie nicht zwei, sondern nur einen einzigen
Fettsäurerest
enthalten.
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Erfindungsgemäß sind PIM bevorzugt, die 4,
5 oder 6 Mannosemotive tragen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
zudem eine pharmazeutische Zusammensetzung bereit, die mindestens
eine durch ein PIM aktivierte NK-T-Zelle in Verbindung mit einem
pharmazeutisch verträglichen
Vehikel umfasst.
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Die Autoren der vorliegenden Erfindung
haben entdeckt, dass sich die durch ein PIM aktivierten NK-T-Zellen
von NK-T-Zellen
unterscheiden, die zum Beispiel durch ein Ceramid aktiviert werden.
Die Aktivierung von NK-T-Zellen durch ein PIM ist tatsächlich relativ
spezifisch und schließt
eine oligoklonale Verteilung ein. Dagegen ist die Aktivierung von
NK-T-Zellen beispielsweise
durch ein Ceramid polyklonal und ruft keine intensive granulomatöse Antwort
hervor.
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Erfindungsgemäß kann die Aktivierung von
NK-T-Zellen durch ein PIM in vivo oder ex vivo durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung stellt
außerdem
ein Verfahren zur ex-vivo-Aktivierung von NK-T-Zellen bereit, welches
das ex-vivo-Zusammenbringen von NK-T-Zellen einer biologischen Probe
mit mindestens einem Phosphatidylinositolmannosid (PIM) unter Bedingungen
umfasst, die geeignet sind, dass das PIM die NK-T-Zellen aktiviert.
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Die durch ein PIM ex vivo aktivierten
NK-T-Zellen können
somit einer Person verabreicht werden, die eine solche Behandlung
benötigt.
Diese Verwendung ermöglicht
insbesondere die Injektion von aktivierten NK-T-Zellen an einer
bestimmten Stelle der Person, an der eine granulomatöse Reaktion
erwünscht
ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
außerdem
die Verwendung von mindestens einem Phosphatidylinositolmannosid
(PIM) und/oder mindestens einer NK-T-Zelle, die durch ein PIM aktiviert
worden ist, zur Herstellung eines Medikaments zur Behandlung einer
Erkrankung, für
die eine Immunreaktion des granulomatösen Typs gewünscht ist,
wobei die Erkrankung aus den im folgenden beschriebenen Erkrankungen
ausgewählt
ist.
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Unter "Behandlung" wird in der gesamten Erfindung ein
heilendes, aber kein vorbeugendes therapeutisches Ziel verstanden.
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Diese Erkrankung kann insbesondere
eine Erkrankung sein, deren Ursache eine Infektion durch bakterielle
Agenzien ist, zum Beispiel durch Mycobakterien, wie die für Lepra
und Tuberkulose verantwortlichen Mycobakterien. Die PIM oder die
durch PIM aktivierten NK-T-Zellen wirken durch die Stimulati on der
lokalen Immunität
und insbesondere der Schleimhautimmunität bei einer bakteriellen Infektion.
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Die Verabreichungsweisen, die Posologien
und die galenischen Formen von erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzungen
können
auf übliche
Weise durch den Fachmann insbesondere nach Kriterien bestimmt werden,
die man allgemein fbeim Einsatz einer therapeutischen Behandlung
berücksichtigt, die
an einen Patienten angepasst ist, wie beispielsweise das Alter oder
Körpergewicht
des Patienten, die Schwere seines allgemeinen Zustands, das Vertragen
der Behandlung usw.
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Vorteilhafterweise kann eine erfindungsgemäße pharmazeutische
Zusammensetzung, die ein PIM oder durch ein PIM aktivierte NK-T-Zellen
enthält,
zum Beispiel auf intravenösem
oder subkutanem Weg verabreicht werden.
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Das erfindungsgemäße Medikament kann insbesondere
zur Behandlung von Krebserkrankungen nützlich sein, wie beispielsweise
Melanomen, die bekanntlich bei intensiven granulomatösen Antworten
zurückgehen.
In diesem Fall werden die PIM oder die durch PIM aktivierten NK-T-Zellen
vorteilhafterweise als Adjuvantien zu bekannten Antitumormitteln
verwendet.
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Die folgenden Beispiele und Figuren
veranschaulichen die Erfindung, ohne den Umfang der Erfindung zu
beschränken.
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FIGURLEGENDE
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Die 1A stellt
mit Hämatoxylin/Eosin
gefärbte
Schnitte einer granulomatösen
Struktur dar, die durch Injektion von deproteinierten Mycobakterien-Zellwänden verursacht
wurde. C57BL/6-Mäusen
wurde auf subkutanem Weg das Äquivalent
von 106 deproteinierten Mycobakterien-Zellwänden injiziert.
Am Tag 7 nach der Infektion wurden die granulomatösen Strukturen,
die sich entwickelt hatten, herausgeschnitten, in 4%igem gepuffertem
Formalin fixiert, mit Paraffin bedeckt und geschnitten. Die verwendeten
Vergrößerungen
sind 2,5 (a), 6,3 (b) bzw. 40 (c). Der Balken entspricht 1 mm.
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Die 1B stellt
die Immunoscope-Analyse (Spectratyping) von Vαl4-Ca- (linke Spalte) und Vαl4-Jα281-Profilen
(rechte Spalte) dar, die sieben Tage nach Injektion von PBS oder
deproteinisierten Mycobakterien-Zellwänden in C57BKL/6-Mäuse beobachtet wurden:
a
und b: Lymphknoten von Mäusen,
in die PBS injiziert wurde;
c und d: Lymphknoten von Mäusen, die
mit deproteinisierten Mycobakterien-Zellwänden immunisiert wurden;
e
und f: Haut und Muskel, die an der Stelle der Injektion von PBS
aus den Kontrollmäusen
entnommen wurden;
g und h: Struktur des granulomatösen Typs
am Tag 7, die durch Injektion von deproteinisierten Mycobakterien-Zellwänden hervorgerufen
wurde;
i und j: Zellinfiltration am Tag 3.
Abszisse: Länge der
CDR3-Region in Aminosäuren
Ordinate:
relative Fluoreszenzintensität.
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Die 2 zeigt,
dass die Entwicklung einer granulomatösen Struktur von recht beträchtlicher
Größe von der
Rekrutierung von NK-T-Zellen abhängt.
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Die 2A stellt
gefärbte
Schnitte der Injektionsstelle 7 Tage nach Injektion von deproteinisierten
Zellwänden
in Mäuse
Jα281 –/– (Vergrößerungen:
a 2,5, b 6,3, c 40 und d, Öl,
100), Jα281
+/– (e
2,5, f 6,3 und g 40) und C57BL/6 MHC-Klasse II –/– (h 2, 5, i 6, 3 und j 40)
dar. Der Balken entspricht 1 mm.
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Die 2B zeigt
die Verwendung von Vα14
und Vαl4-Jα281 an der Injektionsstelle
(linke Spalten) und in den Lymphknoten (rechte Spalten) in Jα281 –/– (a bis
d), Jα281 +/– (e bis
h) und C57BL/6 MHC-Klasse II –/– (i bis
1). Die Ordinaten sind identisch zu 1.
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Die 3 stellt
die relativen Mengen an Vαl4-
und Jα281-RNA
nach Immunisierung mit Alu-Gel-S (Aluminiumhydroxid) (0,25 mg),
MDP (40 μg),
rohen Mycobakterien-Lipiden und ausgehend von diesen erhaltenen
Fraktionen dar. Das in etwa 106 Bakterien
enthaltene Material wurde nach Adsorption an Alu-Gel-S injiziert.
Die Ergebnisse (ausgedrückt
als Verhältnis
von PCR-Fluoreszenz unter Verwendung von Vαl4-Jα281-Primern/PCR-Fluoreszenz-Signal unter
Verwendung von Primern für
Hypoxanthinribosyltransferase (HPRT)) entsprechen dem Mittelwert
der aus zwei Tieren gewonnenen Ergebnisse.
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Die 4 stellt
die FACS-Analyse von Zellen dar, die an der Stelle der subkutanen
Injektion von Alu-Gel-S/mycobakteriellen Lipiden in C57BL/6-Mäuse gewonnen
wurden. Diesen Experimenten zufolge variiert die Häufigkeit
von NK-T-Zellen von 1,7 bis 3,6% der insgesamt nach Ficoll-Fraktionierung
gewonnenen Zellen. Die gestrichelte Linie auf dem Histogramm entspricht
nicht gefärbten
Zellen.
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Die 5 stellt
die semiquantitative Analyse des Repertoires der TCRβ-Kette von
NK-T-Zellen dar, die aus der Leber von Kontrollmäusen isoliert wurden (schraffierte
Spalten) oder durch PIM4–6 (gepunktete Spalten)
und T-Zellen der Lymphknoten(offene Spalten) rekrutiert wurden,
die hier als interne Kontrolle für
die Wirksamkeit der Primer verwendet wurden: Der Wert 1 wird willkürlich der
Fläche
des höchsten
Peaks im Gauss-Profil, das ausgehend von den T-Zellen der Lymphknoten
erhalten wird, zugewiesen. Nur die am stärksten in den Strukturen des
granulomatösen
Typs repräsentierten
Vβ-Cβ-Familien
wurden mittels semiquantitativer PCR-Analyse untersucht. Vβ6, das in
granulomatösen
Strukturen fehlt, diente als negative Kontrolle.
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BEISPIELE
MATERIALIEN UND VERFAHREN
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Tiere
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Die verwendeten Tiere sind: C57BL/6-Mäuse; C57BL/6-Mäuse MHC-Klasse
II –/– (Cosgrove
et al., 1991); C57BL/6-Mäuse β2m –/– (Koller
et al., 1990); Jα281 –/– Mäuse (Cui
et al., 1997) und Jα281
+/– Mäuse wurden
zum Zeitpunkt des Experiments 9- bzw.
6mal aus 129/Sv- im genetischen Hintergrund von C57BL/6 rückgekreuzt.
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Quellen von Bakterien
und Extrakten:
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Auf einem halbfesten Medium wurden
Mycobacterium tuberculosis-Bakterien (Stamm H37Rv) gezüchtet und
anschließend
durch Hitze (75°C,
30 Minuten) abgetötet.
Nach Ultraschallbehandlung in 10–2 M Tris,
pH 8, 0, 10–3 M
MgCl2, 10–3 M
CaCl2, 1,5 × 10–1 M
NaCl wurden die Mycobakterien für
5 Stunden bei 37°C mit
25 mg/ml DNAse und RNAse verdaut. Auf den Verdau folgte eine Inaktivierung
durch Hitze. Nach mehreren Waschschritten wurde die Präparation
für 24
Stunden bei 37°C
mit einem Gemisch aus Trypsin, Chymotrypsin und Subtilisin (Boehringer)
in einer Endkonzentration von 200 μg/ml für jedes Enzym im gleichen Puffer,
wie vorstehend beschrieben, der zusätzlich 0,5% SDS enthielt, inkubiert.
Die Enzyme wurden durch Hitze (10 Minuten bei 70°C) inaktiviert. Die so erhaltenen
Teilchen wurden gewaschen und in Phosphatpuffer (PBS) resuspendiert.
Anschließend
wurde das Fehlen von Proteinen in der Suspension durch Elektrophorese
auf PAGE und Aminosäureanalyse
bestimmt. Proben wurden bezogen auf ihren Zuckergehalt standardisiert.
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Die mycobakteriellen Lipide wurden
extrahiert und wie folgt fraktioniert: 4 g durch Hitze abgetötete M. tuberculosis-H37Rv-Bakterien
wurden zweimal mit CHCl3/CH3OH
(1 : 1 Vol./Vol.) extrahiert. Die Extrakte wurden getrocknet, in
CHCl3/H2O resuspendiert
und eine Stunden bei 4°C
belassen, bis sie sich in eine organische Phase von rohen Lipiden
(Fraktion I) und eine wässrige
Phase (einschließlich
der Grenzschicht: LAM, Polysaccharide und denaturierte Proteine)
(Fraktion II) auftrennten. Die Fraktion I ist beim Menschen verarmt
an Phosphoantigenen für
die γ/δ-T-Zellen
(Constant et al., 1994), umfasst aber zahlreiche Glycolipid-Bestandteile.
Diese Fraktion wurde getrocknet und von neuem mittels Fällung in
kaltem Aceton (10°C)
aufgetrennt, sodass ein löslicher
Extrakt (Fett, phenolische Glycolipide) und ein unlöslicher
weißer
Niederschlag erhalten wurden. Warmes Aceton (50–60°C) wurde zum wachsartigen Rückstand
gegeben, wodurch sich die durch eine Trehalose substituierten Mycolsäureantigene
und die anderen Glycolipide (Fraktion III) lösen ließen und die Gesamtheit der
PIM und Lipooligosaccharide (LOS) (Fraktion IV) ausgefällt werden
konnte. Die Fraktion IV wurde getrocknet und mittels Solubilisierung
in Methanol aufgetrennt, wodurch PIM (weißer Rückstand, Fraktion V) und lösliche LOS
(Fraktion VI) erhalten wurden. Durch Kühlen der Fraktion III wurden
einige polare PIM ausgefällt
und lieferten die Fraktion VII. Alle Fraktionen wurden mittels Dünnschichtchromatographie
(DC) auf Kieselsäure
pF254 (Merck) analysiert, die mit CHCl3/CH3OH/H2O 60/35/5 eluiert
wurde, wobei M. tuberculosis-PIM2 als Standard verwendet wurde.
Die Flecken wurden unter Verwendung eines Anthron-Schwefel-Sprays
sichtbar gemacht.
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PCR-Primer:
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Spezifische Primer für Vβ mit Ausnahme
von Vβ8.2
(Regnault et al., 1996) wurden von Pannetier et al., 1993 beschrieben.
Das für
die PCR verwendete nicht-markierte Cβspezifische Fragment ist GCCCATGGAACTGCACTTGGC.
Das markierte Cβ-spezifische
Fragment ist FAM-CTTGGGTGGAGTCACATTTCTC. Für die RNA für Vα14-Ketten wurden die folgenden
Primer einge setzt: das Vα14-Fragment
war CTAAGCACAGCACGCTGCACA; das nicht-markierte Ca-Fragment war TGGCGTTGGTCTCTTTGAAG.
Der markierte Ca-spezifische Primer war FAM-ACACRGCAGGTTCTGGGTTC.
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Der nicht-markiert Jα281-spezifische
Primer war CAGGTATGA-CAATCAGCTGAGTCC.
Das markiert Jα281-spezifische
Fragment war FAM-CAGCTGAGTCCCAGCTCC. Der markierte spezifische klonotypische Primer
war FAM-GCTGAACCTCTATCNCCCACC. Die Primer für CD4 waren das Fragment 5'-CTGAATTCGGCGCTTGCTGCTGC,
das Fragment 3'-CACAAGCTTAAGTCTGAGAGTCTTCC
und FAM-TGCTGATTCCCCTTCCTTCC. Die CD8-spezifischen Primer waren:
das Fragment 5'-TAGAATCC-TAGCTTGACCTAAG, das
Fragment 3'-ATGGATCCATATAGACAACGAAGG
und FAM-GGATAATCGACTCACCC. Die Primer für HPRT waren FAM-TTCTTTCCAGTTAAAGTTG,
das Fragment 5'-GTAATGATCAGTCAACGGGGGAC
und das Fragment 3'-CCAGCAAGCTTGCAACCTTAACCA.
Die Primer für
CD3 waren: das Fragment 5'-GCCTCAGAAGCATGATAAGC
und 3'-FAM-CCCAGAGTGATACAGATGTC.
Die Primer für
die schweren Ketten von IgM waren: FAM-TTCAGTGTTGTTCTGGTAG, das
Fragment 3'-CTGGATCC-GGCACATGCAGATCTC,
das Fragment 5'-RGTCCTTCCCAAATGTCTTCCC.
Die nicht markierten Vγ1-,
Cγ-, Vδ2-, Vδ4-, Vδ5, Vδ6- und Cδ-spezifischen Primer
wurden in Azuara et al., 1997 beschrieben. Die Vδ1- und Vδ6P-spezifschen Primer waren
ATTCAGRAGG-CAACAATGAAAG
bzw. CTGTAGTCTTCCAGAAATCAC. Der markierte Cδ-spezifische Primer war FAM-TTTCACCAGACAAGCAACA.
Die Vγ2-
und Vγ7-spezifischen
Primer waren CGGCAAAAAACAAATCAACA bzw. CTA-TAACTTCGTCAGTTCCAC. Der markierte für die Vγ1- und Vγ2-Segmente spezifische
Vγ-Primer
war FAM-CCTCCTAAGGGTCGTTGATT, und der markierte Vγ7-spezifische
Primer war FAM-CTTGTCCGGG-CCTTCRT.
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Halbautmatisierte Analyse
der Diversität
von T-Lymphozyten ( "Immunoscope")
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Die von den Autoren der vorliegenden
Erfindung verwendete, auf PCR basierende Technik ist in Pannetier
et al., 1997; Cibotti et al., 1994; Levraud et al., 1996 beschrieben.
Kurz gesagt wurde Gesamt-RNA aus Proben extrahiert, und 10 μg Gesamt-RNA
wurden einer reversen Transkription unter Verwendung von reverser
Transkriptase aus AMV (Vogel-Myeloblastose-Virus) unterworfen. Die erhaltene cDNA
wurde in einem Endvolumen von 100 μl resuspendiert.
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Die Qualität und Quantität der cDNA
wurde mittels HPRTmRNA-Analyse kontrolliert. Es wurde 1 μl in 40 PCR-Zyklen
(1 min 94°C;
1 min 60°C;
4 min 72°C)
amplifiziert, wobei entweder die Vα14- und Cα-spezifischen Primer oder jeder
der Vβ- und Cβ-spezifischen
Primer verwendet wurden. Es wurden 2 μl der PCR-Produkte in Verlängerungsreaktionen
ausgehend von den Primern (5 Zyklen) eingesetzt, wobei für die Segmente Jα281 oder
Ca spezifische fluoreszierende Primer eingesetzt wurden. Die Länge der
CDR3-Region und die Fluoreszenzintensität jeder Familie von Verlängerungsprodukten
wurden mit einer automatischen Sequenziervorrichtung (Applied Biosystems)
bestimmt. Die Verteilung der Größe der CDR3-Region
für jedes
V-C-Paar ist als eine Familie von Peaks beschrieben, die durch 3
Nukleotide getrennt sind (die von der mRNA im gleichen Leserahmen
stammen) und deren Fläche
proportional zur Fluoreszenzintensität und somit zur ursprünglichen cDNA-Menge
ist. In Abwesenheit einer Stimulation durch ein spezifisches Antigen
wurden 6 bis 8 Peaks mit einer Gauss-Verteilung beobachtet. Eine
Antwort von T-Lymphozyten, die durch ein Antigen induziert wird, führt dagegen üblicherweise
zu einer nicht gaussförmigen
Verteilung der Peaks aufgrund einer selektiven Proliferation von
Zellen, die bestimmte besondere V-C-Kombinationen besitzen. Eine
semiquantitative PCR wurde durchge führt, wobei ein Verfahren angewendet
wurde, das aus dem in Azuara et al., 1997 beschriebenen und durch
Standardisierung auf der Basis von CD3ε-RNA adaptiert wurde. 10000
Mäuse-T-Lymphozyten waren zur
Durchführung
einer semiquantitativen PCR-Analyse des vollständigen Vβ-Cβ-Repertoirs mittels PCR unter Verwendung
der Immunoscope-Technik ausreichend.
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Antikörper und Analyse mittels FACS:
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Zellen: Zellen von Granulomen wurden
präpariert,
indem die zerkleinerten Granulome über ein Nylon-Zellenfilter
(70 um) ("strainer", Becton-Dickinson)
geleitet und einmal in Phosphatpuffer (PBS) gewaschen wurden. Die
lebensfähigen
Zellen wurden mittels Ficoll-Fraktionierung (Lymphocyte-M, Cedar
Lane, Hornby, Ontario) abgetrennt. Die Leber-Leukozyten wurden mit
einem diskontinuierlichen Percoll-Gradienten gewonnen.
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Antikörper: Der biotinylierte Anti-Vαl4-Antikörper-Klon
CMS-5 ist zuvor beschrieben worden (Masuda et al., 1997). Die folgenden
Antikörper
wurden über
Pharmingen (San Diego, CA) bezogen: PE-NK.1 (Klon PK136) oder biotinylierter
TCRβ (Klon
H 57–597),
FITC-CD4 (Klon RM4-5), FITC-CD44 (Klon IM7), biotinylierter CD45.2
(Klon 104), PE-B220 (Klon RA3-6B2), FITC-CD19 (Klon 1D3), FITC-CD8 (Klon CT-CD8a),
Der Antikörper
FITC-CD8 (Klon CT-CD8a) wurde über
CALTAG (San Francisco, CA) bezogen. PE-Streptavidin wurden über Pharmingen
bezogen, und APC-Streptavidin wurde von Molecular Probes erworben.
Die ormalen biotinylierten, FITC- und PE- (Phycoerythrin-) Ig der
Maus, die als negative Kontrollen eingesetzt wurden, wurden bei
Pharmingen erworben.
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Analyse mittels FACS: Vor der Anfärbung mit
spezifischen Antikörpern
wurden die Zellen mit Mäuseserum
inkubiert, um die unspezifische Färbung zu blockieren. Verschiedene
Kombinationen von Antikörpern wurden
anschließend
zugegeben. Die abgestorbenen Zellen wurden mittels Propidiumiodidfärbung unterschieden.
Lymphzellen wurden auf FCS und SSC selektiert. Mindestens 100000
Ereignisse wurden im Lymphozytenfenster gezählt. Eine Vierfarbenanalyse
wurden unter Verwendung eines FACS-Vantage (Becton-Dickinson) durchgeführt, und
eine Dreifarbenanalyse wurden unter Verwendung eines FACS-Scan (Becton-Dickinson)
durchgeführt.
Die Daten wurden unter Verwendung des Cell-Quest-Programms (Becton-Dickinson) aufgenommen.
Die Leber-NK-T-Zellen wurden nach Markieren mit Anti-NK1.1-und Anti-TCRβ-Antikörpern unter
Verwendung eines FACStar+-Zellsorters von Becton-Dickinson
sortiert.
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ERGEBNISSE
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1. Die Injektion von deproteinisierten
Maycobakterien-Zellwänden führt zur
Bildung von Läsionen
des granulomatösen
Typs
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Die Autoren der vorliegenden Erfindung
haben vor allem untersucht, ob die Mäuse-NK-T-Zellen an der Injektionsstelle
von deproteinisierten Mycobakterien-Zellwänden, die reich an Glycolipiden
sind, nachgewiesen werden können.
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Zu diesem Zweck wurde die Suspension
von deproteinisierten Mycobakterien-Zellwänden in PB5, entsprechend etwa
106 virulenten Mycobacterium tuberculosis-Bakterien,
Stamm H37rv, subkutan an der Schwanzbasis von C5.7BL/6-Mäusen injiziert.
Die Tiere, in die PBS injiziert worden war, wurden an den Tagen 1,
2, 3 und 7 nach der Immunisierung getötet, und kein Anzeichen für einen
Entzündungsvorgang
wurden an der PBS-Injektionsstelle
beobachtet. Bei den immunisierten Mäusen wurden vorwiegend Neutrophile
auf Quetschpräparaten
beobachtet, die ausgehend von an den Tagen 1 und 2 gewonnenen Zellinfiltraten
hergestellt wurden. Lymphozyten und Makrophagen wurden am Tag 3
nachgewiesen, und später
entwickelten sich an der Haut und den Muskeln haftende Läsionen.
Sie vergrößerten sich
mit der Zeit und erreichten am Tag 7 einen Durchmesser von 4–6 mm. Eine
histologische Analyse wurde an den induzierten Läsionen am Tag 7 vorgenommen.
Gefärbte
Schnitte zeigten Läsionen
des granulomatösen
Typs mit einem an Neutrophilen reichen Kern, umgeben von einem Rand
aus einer dichten Reihe von Makrophagen, Lymphozyten und Fibroblasten (1).
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2. NK-T-Zellen sind die
einzigen Vα14+-T-Zellen, die die granulomatösen Läsionen infiltrieren
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Die granulomatösen Strukturen ließen sich
am Tag 7 weder auf manuelle Weise noch durch enzymatischen Verdau
in Suspensionen einzelner lebensfähiger Zellen trennen, was eine
FACS-Analyse verhinderte. Eine
auf RT-PCR basierende Technik (Immunoscope®) wurde
statt dessen eingesetzt, um die mRNAs zu untersuchen, die für spezifische
Marker von NK-T-Zellen codieren. Weil eine nahezu Invariante Vαl4-Jα281-TCR-Kette
mit einer CDR3 von 10 Aminosäuren
Länge das
Kennzeichen für
Mäuse-NK-T-Zellen ist
(Lantz et al., 1994), wurden die für Vαl4 codierenden cDNAs, die aus
Kontroll- und experimentellen Proben präpariert wurden, mittels PCR
amplifiziert und bezüglich
der Diversität
in der CDR3-Länge
mittels Verlängerung
von Primern analysiert, wobei entweder spezifische Cα-Primer oder
spezifische Jα281-Primer
verwendet wurden. Die Cαspezifischen
Primer erzeugten Signale, die für
die Diversität
der Vαl4+-α-Ketten
der Proben repräsentativ
waren. Mehrere Peaks wurden in den Lymphknoten nachgewiesen, die
bei Kontroll- und immunisierten Mäusen von der Injektionsstelle
ableiteten (1B, a und c).
Die allgemeine Gauss-Verteilung der CDR3-Größe war durch einen vorherrschenden
Peak verändert,
der einer CDR3-Länge
von 10 Aminosäuren entsprach
und Vα14-Jα281-umgelagerte
TCR-α-Ketten
enthielt (1B, b und d) und
somit NK-T-Zellen einschloss. Kein Signal wurde in der Haut und
in den Muskeln nachgewiesen, die an der Stelle der Injektion von PBS
entnommen wurden (1B, e und f).
Dagegen führten
die cDNAs, die für
Vα15 codierten
und aus granulomatösen
Strukturen am Tag 7 präpariert
wurden, unter Verwendung von entweder Jα-spezifischen Primern oder Cαspezifischen
Primern zu einem einzigen Peak mit einer CDR3-Größe von 10
Aminosäuren
(1B, g und h). Die direkte Sequenzierung von Produkten
einer Vαl4-Cα-PCR, die
ausgehend von diesen Läsionen durchgeführt wurde,
ermöglichte
die Identifizierung von für
NK-T-Zellen spezifischen TCR-α-Ketten.
Die vier das Codon 31 betreffenden Nukleotidsubstitutionen führten zu
der Diversität
der Vα14-Jα281-Ketten,
die in den infiltrierenden T-Zellen vorlagen. Somit sind im Gegensatz
zu den Zellen der Lymphknoten, die viele herkömmliche Vα14+-T-Zellen enthalten,
alle Vαl4+-Zellen, die in den Strukturen des granulomatösen Typs
am Tag 7 rekrutiert werden, NK-T-Zellen.
Ein einziger Vα14-Cα-Peak mit
einer CDR3 von 10 Aminosäuren
Länge,
der das Jα281-Segment
enthielt, wurde am Tag 3 nach der Injektion nachgewiesen (1B, i und j) und im Folgenden unter Verwendung einer
klonotypischen Sonde als spezifisch für NK-T-Zellen identifiziert.
-
Folglich werden die NK-T-Zellen auf
sehr frühen
Stufen der Zellinfiltration rekrutiert, die durch Injektion von
deproteinisierten Mycobakterien-Zellwänden hervorgerufen wird, und
stellen die einzigen Vαl4-T-Zellen dar,
die am Tag 7 in den Läsionen
vorhanden sind.
-
Die Verwendung der gleichen RT-PCR-Technik
ermöglichte
es den Autoren der vorliegenden Erfindung, umgelagerte β-Ketten unter Verwendung
der Segmente Vβ8.l,
7, 3, 5,2, 10 nachzuweisen. Nur seltene herkömmliche CD4+-α/β-T-Zellen
können
die Läsionen
des granulomatösen
Typs infiltrieren, weil keine für CD8
codierende mRNA und wenig für
CD4 codierende mRNA unter Verwendung der entsprechenden Primer nachgewiesen
werden konnte. Schließlich
zeigen die Ergebnisse der PCR-Analyse
unter Verwendung von spezifischen Primern für Igμ und TCR-γ/δ das Vorliegen signifikanter
Anzahlen von B-Zellen und γ/δ-T-Zellen, wobei
insbesondere die Primer Vδ5
und Vδ6
eingesetzt wurden.
-
3. Beteiligung von α/β-T-Zellen
an der granulomatösen
Reaktion auf deproteinisierte Mycobakterien-Zellwände
-
Die granulomatösen Antworten sind das Ergebnis
eines multizellulären
Vorgangs mit mehreren Stufen. Zur Bestimmung der möglichen
Beteiligung von α/β-T-Zellen
am granulomatösen
Vorgang haben die Autoren der vorliegenden Erfindung Mäuse immunisiert,
die in mehreren T-Zell-Untergruppen genetisch defizient waren.
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Es wurden deproteinisierte Mycobakterien-Zellwände in Jα281 –/– Mäuse (Cui
et al., 1997) injiziert, die eine Defizienz der NK-T-Zellen aufwiesen,
in denen sich aber die herkömmlichen
T-Zellen und die NK-Zellen normal entwickelten. In 5 der 7 Mäuse, die
einer Injektion unterworfen wurden, wurde an der Injektionsstelle keine
Läsion
des granulomatösen
Typs, sondern stattdessen eine kleines flaches Infiltrat beobachtet.
Bei den beiden anderen Mäusen
entwickelte sich ein kleines strukturiertes Zellinfiltrat, das fast
ausschließlich
aus Makrophagen bestand (2A, a bis d).
In keinem der Infiltrate wurde für
Vα14 codierende
mRNA (2B, a und b) noch
VβCβ-Umlagerung
gefunden. Ein Gauss-Profil für
Vαl4-Ca
wurde aus Lymphknoten bei den immunisierten Jα281 –/– Mäusen erhalten, was eine normale
Verwendung des Vα14-Segments
durch die herkömmlichen
T-Zellen in Abwesenheit von NK-T-Zellen anzeigt (2B, c und d).
-
Der RT-PCR-Analyse zufolge wurde
keine μ-Kette
nachgewiesen, und es wurden umgelagerte TCR-γ-Ketten wurden gefunden. Als
Kontrolle ergaben die sechs Jα281
+/– Mäuse, in
die deproteinisierte Mycobakterien-Zellwände injiziert worden waren,
die gleichen Ergebnisse wie die C57BL/6 +/+ Mäuse ( 2A, e bis g; 2B, e bis h).
Die Bildung einer ausreichend großen Läsion des granulomatösen Typs
erfordert somit das Vorliegen von NK-T-Zellen.
-
Die Autoren der vorliegenden Erfindung
haben anschließend
die mögliche
Beteiligung herkömmlicher CD4+-T-Zellen untersucht. Bei den MHC II –/– Mäusen, die
eine Defizienz in herkömmlichen
CD4+-T-Zellen aufweisen, in denen sich aber
die NK-T-Zellen normal differenzieren, führte die Injektion von deproteinisierten
Mycobakterien-Zellwänden
zur Entwicklung von Läsionen
des granulomatösen
Typs wie bei den C57BL/6 +/+ Tieren (2A, h bis j).
Der Immunoscope-Analyse von Proben zufolge war die Invariante Vαl5-Jα281-TCR-α-Kette die
einzige nachgewiesene Vα14-Kette
(2B, i und j). Die Vα14-Cα- und Vαl4-Jα281-Profile in den Lymphknoten
von Klasse II –/– Mäusen sind
die gleichen wie bei den C57BL/6 +/+ Tieren (2B, k und l). Außerdem
zeigte das TCR-β-Repertoire von Zellen,
die in den Läsionen
von MHC II –/– Zellen
am Tag 7 vorliegen, die gleiche Selektivität bei der Vβ-Verwendung wie bei den C57BL/6
+/+ Mäusen.
Außerdem
wurden die mRNAs, die für
die μ-Kette
von Ig und für
die TCR-γ/δ-Ketten codieren,
wie bei den C57BL/6 +/+ Mäusen
nachgewiesen.
-
Die verschiedenen Zelltypen in den
Läsionen
des granulomatösen
Typs, die durch deproteinisierte Mycobakterien-Zellwände induziert werden, lagern
sich folglich in Abwesenheit von CD4+-T-Zellen
zu einer hochorganisierten Struktur zusammen, organisieren sich
aber nicht in Abwesenheit von NK-T-Zellen.
-
Das Fehlen der für CD8 codierenden mRNA schließt eine
Hauptrolle für
die herkömmlichen CD8+-T-Zellen aus. Die Rolle von CD1-Molekülen im granulomatösen Prozess
wurde unter Verwendung von β2m –/– Mäusen getestet,
die keine von CD1 abhängigen
NK-T-Zellen besitzen. Es entwickelten sich große granulomatöse Läsionen.
Ihr Gehalt an Lymphozyten unterschied sich jedoch auf deutliche
Weise von dem in den granulomatösen
Strukturen, die bei C57BL/6 +/+ Mäusen induziert wurden, beobachteten:
laut RT-PCR und Immunoscope-Analyse waren die mRNAs, die für die TCR-β- und TCR-Vαl4+-Ketten, CD4, CD8 und die μ-Ketten von
IgM codierten, nicht nachweisbar. Dagegen waren die für die γ/δ-Ketten des
TCR codierenden mRNAs wie bei den C57BL/6 +/+ Mäusen vorhanden.
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Die phänotypischen Änderungen
aufgrund der Veränderung
des β2m-Gens
verhindern somit die Akkumulation von B-Lymphozyten und α/β-T-Zellen in den Läsionen,
die durch deproteinisierte Mycobakterien-Zellwände hervorgerufen werden, und
verhindern außerdem
die Akkumulation von seltenen NK-T-Zellen in den Läsionen,
die in den Lymphknoten der gleichen Tieren unter Verwendung einer
klonotypischen Sonde nachgewiesen werden.
-
4. Die Aktivität der Rekrutierung
von NK-T-Zellen steht in Verbindung mit mycobakteriellen Glycolipiden,
insbesondere mit PIM
-
Um die Nicht-Peptid-Bestandteile
von Mycobakterien zu identifizieren, die für die Akkumulation von NK-T-Zellen
verantwortlich sind, wurde das Material fraktioniert, und die Aktivität der Rekrutierung
von NK-T-Zellen von verschiedenen Fraktionen wurden in vivo untersucht.
Die relativen Mengen an NK-T-Zellen, die am Tag 7 an der Injektionsstelle
vorlagen, wurden mittels RT-PCR und Immunoscope-Analyse bestimmt. Um
mögliche
Unterschiede im in-vivo-Verhalten der injizierten Moleküle zu vermeiden
(zum Beispiel Unterschiede im diffusionsfähigen Anteil oder beim spezifischen
Aufnahmevorgang) wurde das injizierte Material mit einem neutralen
Alumniumhydroxid-Vehikel (Alu-Gel-S, Serva) konjugiert. Die C57BL/6
+/+ Mäuse,
in die subkutan 0,25 mg Alu-Gel-S in Form von Teilchen injiziert
wurde, entwickelten ein schwaches Infiltrat mit kaum nachweisbarer
Vαl4-Jα281-mRNA
(3).
-
Die rohen Lipide von H37rv-Zellfraktionen
(Fraktion I), die an Alu-Gel-S adsorbiert waren, erzeugten große organisierte
Zellinfiltrate mit einem Kern, der aus dem Vehikel und Neutrophilen
gebildet wurde und von einem dicken Rand aus Makrophagen und Lymphozyten
umgeben war. Die Bildung dieser Strukturen erwies sich ebenfalls
als anhängig
vom Vorliegen von NK-T-Zellen, weil sie sich nicht bei Jα281 –/– Mäusen bildeten. Jedoch
und im Gegensatz zu den Strukturen, die durch die deproteinisierten
Mycobakterien-Zellwänden
induziert wurden, konnten die organisierten Zellinfiltrate, die
durch die rohen Glycolipide induziert wurden, in einzelne lebensfähige Zellen
dissoziiert werden, sodass die direkte Identifizierung von NK-T-Zellen
in den Infiltraten mittels FACS-Analyse möglich war. Die toten Zellen
und die Makrophagen wurden mittels Ficoll-Fraktionierung beseitigt.
Der Großteil
von 2 × 106 lebensfähigen
Zellen, die aus einem solchen Granulom gewonnen wurden, wurden als
Neutrophile identifiziert. Die 4 zeigt,
dass alle anderen Zellen CD45+-Leukozyten waren. Keine
CD19+B220+-B-Zelle
wurde gefunden. Alle α/β-T-Lymphozyten
waren Vα14+, βint (mittlere Expression) und NK1.1+, d. h. NK1.1+-T-Zellen.
Keine CD8+-Zelle und seltene CD4+-Zellen wurden nachgewiesen. Etwa 0,3% waren
Nicht-T-NK-Zellen,
und etwa 0,1% waren γ/δ-T-Zellen.
Die Analysen mittels RT-PCR und Immunoscope bestätigten das Fehlen von B-Zellen und das Vorliegen
von umgelagerten TCR-γ/δ-Ketten in den
Infiltraten, die durch Injektion von Fraktion I hervorgerufen wurden.
Nahezu alle T-Zellen, die die durch rohe Lipide verursachten Läsionen infiltrierten,
waren somit CD4–CD8–-NK-T-Zellen. Gemäß RT-PCR-Analyse
erwies sich, dass das durch Fraktion I induzierte Infiltrat bis
zu 200fach mehr Vα14-Jα281-mRNA enthielt als die Zellen,
die an der Injektionsstelle von Alu-Gel-S rekrutiert wurden (3). Obwohl sie beim Menschen γ/δ-T-Zellen
aktivieren kann (Constant et al., 1994), war die Nicht-Lipid-Fraktion
(Fraktion II) unwirksam bei der Rekrutierung von NK-T-Zellen (3). Das Immunadjuvans Muramyldipeptid
(MDP, Sigma), ein Bestandteil mycobakterieller Zellwände, führte zu
einem Zellinfiltrat ohne Erhöhung
der Vαl4-Jα281-mRNA
verglichen mit Alu-Gel-S allein (3).
Die Fraktion I wurde fraktioniert und die Aktivität der Rekrutierung
von NK-T-Zellen von Fraktionen mittels RT-PCR untersucht. Fast die
gesamte Aktivität
wurde in den Fraktionen nachgewiesen, die PIM enthielten (Fraktionen
III, IV, V und VII) (3),
und die Fläche
des Vαl4-Jα281-Peaks war proportional
zur Menge an injiziertem Material. Gemäß der Analyse wirksamer Fraktionen
mittels DC durch "Flash
LC®" (Merck) mit einem "Kieselgel G60 Silicagel"-Gel waren die zur
Rekrutierung von NK-T-Zellen wirksamten Fraktionen diejenigen, die
stark polare PIM enthielten, deren Struktur gemäß Massenspektrometrieanalyse
mit PIM übereinstimmt,
die 4 bis 6 Mannosemotive enthalten.
-
Um zu bestimmen, ob sich die NK-T-Zellen
zufällig
in den Infiltraten anhäufen,
die durch PIM 4–6
induziert werden, wurde eine von Immunoscope hergeleitete, semiquantitative
PCR-Technik eingesetzt, um ihr TCRβ-Repertoire zu bestimmen und
mit dem Repertoire von Leber-NK-T-Zellen zu vergleichen, die als
repräsentativ
für periphere
NK-T-Zellen (Watanabe et al., 1995) zufällig ausgewählt wurden (5). Es wurde bestätigt, dass die Leber-NK-T-Zellen
im Vergleich zu herkömmlichen
T-Zellen eine gegenüber
Vβ8 und
Vβ7 eingeschränkte Vβ-Verwendung
aufweisen. Jede Familie von Vβ-Cβ-Umlagerungen
zeigt eine Gauss-Verteilung der CDR3-Länge, was auf ein polyklonales
und diversifiziertes TCR-β-Repertoire
hindeutet.
-
Dagegen zeigen die NK-T-Zellen, die
in dem durch Injektion von PIM 4–6 induzierten Infiltrat vorliegen, eine
auf andere Weise eingeschränkte
Vβ-Verwendung
(5). Außerdem zeigten
die Umlagerungen, die mit einer gegebenen CDR3-Länge einhergehen (wie die Vβ8.1-Cβ-Umlagerungen
mit einer CDR3-Länge von
9 Aminosäuren,
wie in der 5), die man
verglichen mit der in den Kontrollen beobachteten Gauss-Verteilung in
einem hohen Überschuss
findet, eine oligoklonale Verteilung von NK-T-Zellen in den Infiltraten.
Die gleiche Einschränkung
in der Vβ-Verwendung,
die mit oligoklonalen Verteilungen in Verbindung steht, wurden bei
allen untersuchten Mäusen
beobachtet, aber die Länge
der CDR3-Regionen variierte in Abhängigkeit von den Tieren.
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