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drug hypersensitivity; p-i concept; prediction of drug induced side effects; subsets of cytotoxic CD8 cells; primary immune response; Abacavir hypersensitivity

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Lay summary
Medikamentenallergien betreffend ca. 2 bis 4 % der hospitalisierten Personen und sind auch ein häufiges Problem in der ärztlichen Praxis. Sie können oft harmlos verlaufen , gelegentlich aber lebensgefährliche Systemreaktionen bewirken. Die Allergologie in Bern beschäftigt sich seit vielen Jahren mit dem Wirkmechanismus der medikamentenallergischen Reaktionen im Bestreben, derartige Reaktionen besser vermeiden zu können. Im Nationalfonds-Gesuch 310030_129828/1 von 2010 bis 2013 wird folgende Frage wissenschaftlich untersucht: Wie kommt es zur Entwicklung einer Medikamentenallergie in Personen, die genetisch dafür prädestiniert sind? Hintergrund für diese Fragestellung ist der Befund, dass einige Medikamente (Abacavir, ein Anti-HIV Medikament) nur in Personen mit einem bestimmten HLA-Phänotyp Allergien entwickeln (HLA-B*5701): Man benutzt diese Eigenschaft schon, um z.B. Abacavir - bedingte Nebenwirkungen zu vermeiden, da nur ca. 5% der Bevölkerung diese HLA-Gene haben. Das heisst, zum Vermeiden dieser Nebenwirkung wird bereits "personalisierte Medizin" betrieben, zum Schutze des Patienten. Andererseits kann man Blut von HLA-B*5701 positiven aber gesunden, und nie Abacavir-exponierten Personen nehmen und es in vitro mit Abacavir stimulieren. Dies erlaubt, die Neuentwicklung einer Immunantwort in vitro zu beobachten! Basieren auf Vorstudien haben wir festgestellt, dass Abacavir auch direkt an Immunrezeptoren binden und die Immunzellen stimulieren kann: Dieser Mechanismus wird "pharmacological interaction with immune receptors (pi-mechanism)" genannt, und unterscheidet sich wesentlich von anderen Immunmechanismen. Da für Medikamentenallergien kaum Tiermodelle existieren, ist dieses in vitro Modell eine ideale Möglichkeit, die Entwicklung von Medikamentenallergien zu untersuchen. Ist es nötig, dass dendritische Zellen stimuliert werden von Abacavir, damit sich eine Immunantwort entwickelt? Welche T-Zellen werden zuerst stimuliert (Gedächtnis-T-Zellen oder naive T-Zellen)? Weisen die Abacavir reaktiven Zellen auch eine weitere Spezifität auf? Kann Verhinderung des Abacavir-Metabolismus dazu führen, dass die Primärantwort verhindert wird, oder dass die Abacavir-reaktiven Zellen nur in einer bestimmten Form mit Abacavir reagieren? Diese Untersuchungen sollten beitragen herauszufinden, wie man besser gefährliche Medikamentenallergien vermeiden kann.

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Last update: 21.02.2013

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Hitherto, experiments aimed to understand drug hypersensitivity were based on in vivo primed cells from allergic individuals, and thus investigated the memory immune response. How the drug specific T cells were primed remained enigmatic, as it was difficult to induce a primary, drug specific immune response in humans and no animal experiments existed. The discovery of important risk factors like HLA-B*5701 for severe abacavir (ABC) hypersensitivity opened the possibility to investigate a primary immune response to a drug in drug naïve individuals in vitro: Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) of healthy, HIV negative persons with the HLA-B*5701+ phenotype, which were never exposed to ABC, can be stimulated in vitro with ABC, and we recently could even generate ABC specific T cell clones (TCC) from abacavir naïve donors: two patterns of abacavir recognition were seen: some TCC react with abacavir directly (pharmacological interaction (p-i) concept), other TCC react after abacavir uptake and processing by dendritic cells, possibly due to hapten mechanism. In this grant application/period we would like to investigate a) Under which conditions can abacavir stimulate CD8+ T cells directly (p-i mechanism), namely without ABC uptake/processing/metabolism in dendritic cells (DC) or other antigen presenting cells? To this end ABC pulsed DC as well as DC blocked in ABC metabolism will be used to induce a primary immune response to ABC. The development of hapten and p-i stimulated T cell clones under these conditions will be evaluated. Further, the role of DC activation will be tested, e.g, whether ABC, independent of the way T cells react to it, is activating DC and whether HLA-B*5701 positive or negative DC are similarly activated. b) It is at present unclear from which compartment (naïve or memory) the directly (p-i) and indirectly (hapten) stimulated, ABC specific T cells arise: Do such hapten -reactive T cells stem from the antigen-naive T cell pool, while p-i-stimulated TCC derive exclusively from the memory T cell pool, suggesting a prior priming with a peptide antigen? c) The killing mechanism of CD8+ T cell is quite diverse (granzymeB/perforin, granulysin, FasL, TRAIL, TNFa). In view of the importance of killing by granulysin for severe drug allergies like toxic epidermal necrolysis (TEN), we will investigate under which stimulatory conditions granulysin is induced, whether the type of killing is related to the type of drug recognition (p-i or hapten) and to what extent the priming of the reacting cell cultures with a mixture of cytokines can modify the naïve CD8+ T cell response? The study gives the opportunity to investigate the regulation of CD8 subsets in humans, a still rather unknown area of research. Overall, our studies aim to better understand the initiation of an immune reactivity to drugs, which is a clue to prevent or predict such side effects, and may give insights into the regulation of cytotoxicity in CD8+, human T cells.