Epstein-Barr virus: environmental trigger and therapeutic target in autoimmune diseases

Das Epstein-Barr-Virus (EBV) ist ein ubiquitäres Virus, mit welchem über 95% aller Menschen infiziert sind. Die meisten Träger des Pathogens bleiben während ihrer frühen Kindheit asymptomatisch. Eine Minderheit derer, die zu einem späteren Zeitpunkt infiziert werden, durchlaufen als symptomatische Primärinfektion die infektiöse Mononukleose (IM). Nach einer lytischen Replikation während der Primärinfektion bleibt EBV latent und lebenslang in B-Zellen des betroffenen Organismus. Die Mehrheit der EBV-Träger ist durch das Virus nicht beeinträchtigt. Allerdings ist für einen Teil der EBV-Infektionen und im besonderen der IM eine Assoziation mit einer Vielzahl von Krankheiten beschrieben. Zu diesen Erkrankungen zählen das Burkitt- und Hodgkin-Lymphom, proliferative Krankheiten nach Transplantationen und das Nasopharynxkarzinom. Zusätzlich liegen zahlreiche Hinweise für einen Zusammenhang von EBV mit verschiedenen Autoimmunkrankheiten wie beispielsweise der Multiplen Sklerose (MS) und Myasthenia Gravis (MG) vor. Der genaue Mechanismus von EBV in diesen autoimmun mediierten Erkrankungen ist noch nicht vollständig geklärt. Um die Rolle des Virus im Pathomechanismus dieser Erkrankungen zu verstehen, führten wir drei Studien durch, die den Zusammenhang zwischen EBV Infektion und Autoimmunität untersuchen sollten. Hierbei konzentrierten wir uns auf die drei Erkrankungen IM, MS und MG. Grundlage der ersten Studie war die Hypothese, dass während einer fulminanten IM- Infektion anhaltende autoreaktive humorale und zelluläre Reaktionen generiert werden, die zu toimmunpathologien im späteren Leben führen. Wir fanden eine erhöhte humorale Immunantwort, die mit der EBV-Viruslast positiv korrelierte. Dies legt nahe, dass die mit EBV in Verbindung stehende humorale Antwort zur Immunpathologie im späteren Leben beiträgt. Als nächstes untersuchten wir, ob eine Behandlung mit IFN-β bei MS-Patienten die EBV-spezifische Immunantwort beeinflusst. Wir fanden in MS-Patienten eine reduzierte zelluläre Antwort auf EBNA1, jedoch keine Veränderung der Immunantwort auf andere EBV Antigene. Dies ist ein Indiz dafür, dass EBNA1-spezifische T-Zellen in der Pathogenese der MS eine Rolle spielen. Unsere dritte Studie hatte zum Ziel, die Kontroverse um den Zusammenhang von EBV und MG zu klären. Trotz Berichten über aktive EBV-Infektionen im Thymus von MG Patienten konnten wir nur geringe Anzeichen von EBV-Infektionen auf DNA- und Proteinlevel finden. Folglich konnten wir nicht bestätigen, dass eine aktive EBV-Infektion in der Pathogenese der MG eine Rolle spielt. Trotz zahlreicher Krankheiten, die mit EBV assoziiert sind, gibt es derzeit keine Behandlung, welche auf latente EBV-Infektionen abzielt. In der letzten in dieser Arbeit beschriebenen Studie lag der Fokus auf EBNA1, welches während der latenten Virusphase exprimiert wird. Mit einem Hochdurchsatz-Screening identifizierten wir die Substanz Tiloron als einen Inhibitor von EBNA1-Funktionen, der die Erhaltung und Replikation des Virus während EBV-Infektionen reduziert. Die Substanz zeigte zytotoxische und antiproliferative Effekte auf EBV-positive, jedoch nur in geringem Maß auf EBV-negative Lymphom- Zelllinien. Des Weiteren führte Tiloron zu reduzierter EBV-assoziierter Tumorlast in immungeschwächten Mäusen und wenig reduzierter EBV-Viruslast in EBV-infizierten Mäusen mit einem humanen Immunsystem. Tiloron hat vielversprechendes Potential, nicht nur im Hinblick auf eine Behandlung von EBV-Infektionen, sondern auch im Hinblick auf EBV-assoziierte Erkrankungen. Zusammenfassend bekräftigen unsere Beobachtungen, dass es bei IM-Patienten und bei IFN- β behandelten MS-Patienten eine Assoziation von EBV und Autoimmunität gibt. Unsere Daten betreffend autoreaktiven poly-spezifischen humoralen Immunantworten während der IM deuten darauf hin, dass EBV bereits vor dem Krankheitsausbruch eine Rolle spielt. Das Hochdurchsatz-Screening hat eine Substanz identifiziert, die das Potential hat, bei latenten EBV-Infektionen und EBV-assoziierten Krankheiten eingesetzt zu werden. Mitte der 80er-Jahre nannte de-Thé EBV den „Stein von Rosette für Verständnis von der Rolle von Viren in menschlicher Karziogenese“ [2]. Mit den in dieser Doktorarbeit gewonnen Erkenntnissen glauben wir einen Schritt näher an die Entschlüsselung vom Stein von Rosette gekommen zu sein im Bereich von virus-assoziierten Autoimmunerkrankungen und deren Behandlungen

Infectious Mononucleosis Triggers Generation of IgG Auto-Antibodies against Native Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein

A history of infectious mononucleosis (IM), symptomatic primary infection with the Epstein Barr virus, is associated with the development of autoimmune diseases and increases the risk to develop multiple sclerosis. Here, we hypothesized that immune activation during IM triggers autoreactive immune responses. Antibody responses towards cellular antigens using a HEp-2 based indirect immunofluorescence assay and native myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) using a flow cytometry-based assay were determined in 35 patients with IM and in 23 control subjects. We detected frequent immunoglobulin M (IgM) reactivity to vimentin, a major constituent of the intermediate filament family of proteins, in IM patients (27/35; 77%) but rarely in control subjects (2/23; 9%). IgG autoantibodies binding to HEp-2 cells were absent in both groups. In contrast, IgG responses to native MOG, present in up to 40% of children with inflammatory demyelinating diseases of the central nervous system (CNS), were detectable in 7/35 (20%) patients with IM but not in control subjects. Normalization of anti-vimentin IgM levels to increased total IgM concentrations during IM resulted in loss of significant differences for anti-vimentin IgM titers. Anti-MOG specific IgG responses were still detectable in a subset of three out of 35 patients with IM (9%), even after normalization to increased total IgG levels. Vimentin-specific IgM and MOG-specific IgG responses decreased following clinical resolution of acute IM symptoms. We conclude from our data that MOG-specific memory B cells are activated in subset of patients with IM

Infectious Mononucleosis Triggers Generation of IgG Auto-Antibodies against Native Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein

A history of infectious mononucleosis (IM), symptomatic primary infection with the Epstein Barr virus, is associated with the development of autoimmune diseases and increases the risk to develop multiple sclerosis. Here, we hypothesized that immune activation during IM triggers autoreactive immune responses. Antibody responses towards cellular antigens using a HEp-2 based indirect immunofluorescence assay and native myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) using a flow cytometry-based assay were determined in 35 patients with IM and in 23 control subjects. We detected frequent immunoglobulin M (IgM) reactivity to vimentin, a major constituent of the intermediate filament family of proteins, in IM patients (27/35; 77%) but rarely in control subjects (2/23; 9%). IgG autoantibodies binding to HEp-2 cells were absent in both groups. In contrast, IgG responses to native MOG, present in up to 40% of children with inflammatory demyelinating diseases of the central nervous system (CNS), were detectable in 7/35 (20%) patients with IM but not in control subjects. Normalization of anti-vimentin IgM levels to increased total IgM concentrations during IM resulted in loss of significant differences for anti-vimentin IgM titers. Anti-MOG specific IgG responses were still detectable in a subset of three out of 35 patients with IM (9%), even after normalization to increased total IgG levels. Vimentin-specific IgM and MOG-specific IgG responses decreased following clinical resolution of acute IM symptoms. We conclude from our data that MOG-specific memory B cells are activated in subset of patients with IM

Viral triggers of multiple sclerosis

Genetic and environmental factors jointly determine the susceptibility to develop Multiple Sclerosis (MS). Collaborative efforts during the past years achieved substantial progress in defining the genetic architecture, underlying susceptibility to MS. Similar to other autoimmune diseases, HLA-DR and HLA-DQ alleles within the HLA class II region on chromosome 6p21 are the highest-risk-conferring genes. Less-robust susceptibility effects have been identified for MHC class I alleles and for non-MHC regions. The role of environmental risk factors and their interaction with genetic susceptibility alleles are much less well defined, despite the fact that infections have long been associated with MS development. Current data suggest that infectious triggers are most likely ubiquitous, i.e., highly prevalent in the general population, and that they require a permissive genetic trait which predisposes for MS development. In this review article, we illustrate mechanisms of infection-induced immunopathologies in experimental animal models of autoimmune CNS inflammation, discuss challenges for the translation of these experimental data into human immunology research, and provide future perspectives on how novel model systems could be utilized to better define the role of viral pathogens in MS

EBV-specific immune responses in patients with multiple sclerosis responding to IFNβ therapy

Background: Symptomatic primary infection with the human γ-herpesvirus Epstein-Barr virus (EBV) and elevated immune responses to EBV are associated with the development and progression of multiple sclerosis (MS). Interferon-beta (IFNβ), first-line treatment for relapse-onset MS, exhibits complex immunoregulatory and antiviral activities. Objective: To determine EBV-specific immune responses in patients with MS during IFNβ therapy. Methods: We evaluated cellular and humoral immune responses to EBV- and human cytomegalovirus (HCMV)-encoded antigens in patients with MS before and 1 year after IFNβ treatment by ELISA and flow cytometry. Twenty-eight patients with MS who showed a clinical response to IFNβ as defined by the absence of relapses and lack of progression on the Expanded Disability Status Scale score during the first 2 years of treatment were included. Results: Clinically effective IFNβ-therapy was associated with a downregulation of proliferative T cell responses to the latent EBV nuclear antigen-1 (EBNA1). EBNA1-specific IgG responses as well as cellular and humoral immune responses to MHC class I restricted EBV antigens expressed during lytic replication and viral B cell transformation were similar before and after IFNβ therapy. Although HCMV-specific IgG levels slightly decreased, proliferative T-cell responses towards HCMV antigens remained unchanged during IFNβ therapy. Conclusion: Clinically effective IFNβ therapy is associated with a reduction of proliferative T-cell responses to EBNA1

Environmental triggers of multiple sclerosis

Multiple sclerosis is a chronic immune-mediated disease of the central nervous system that develops in young adults with a complex genetic predisposition. Similar to other autoimmune disease, HLA-DR and -DQ alleles within the HLA class II region on chromosome 6p21 are by far the strongest risk-conferring genes. Less robust susceptibility effects have been reported for non-MHC related genetic variants. Improvements in the design of epidemiological studies helped to identify consistent environmental risk-associations such as the increased susceptibility for MS in individuals with a history of infectious mononucleosis, a symptomatic primary infection with the human γ-herpesvirus Epstein-Barr virus (EBV). Sun exposure and serum vitamin D levels are emerging non-infectious environmental risk factors that may have independent roles. The analysis of environmental effects will likely expand in the next few years and will allow for the generation of testable hypotheses as to how environmental insults interact with genetic factors to jointly determine the susceptibility to MS. Insights gained from these studies might facilitate the development of prevention strategies and more effective treatments for MS