In den letzten Jahren wurde die Entwicklung von Impfstoffen durch neue Methoden vorangetrieben. Die gezielte gentechnische Herstellung von Antigenen ist sicherer in der Verwendung und gezielter in der Aktivität. Dennoch sind diese meist partikulären Impfstoffe entscheidend in der Anwendbarkeit eingeschränkt – schlicht aufgrund der Tatsache, dass die Impfung mit Antigenen alleine nicht immer die notwendige Immunantwort auslöst. Aus diesem Grund wird auf so genannte Adjuvanzien zurückgegriffen, die das Immunsystem stimulieren ohne selbst einen antigenischen Effekt zu haben. Die Zahl der für humane Immunisierung zugelassenen Adjuvanzien (Alum, MF59 und Virosomen) ist gering. Wobei betont werden muss, dass allein Alum weltweit zugelassen. IC31® ist ein neues Adjuvans, welches aus dem kationischen, antimikrobiellen Peptid NH2-KLKLLLLLKLK-COOH (KLK) und dem Nukleotid ODN1a (oligo-(dIdC)13) welches von TLR9 erkannt wird. Die vorliegende Arbeit legt zum ersten Mal den molekulare Mechanismus hinter der Funktion von IC31® offen. Wir zeigen, dass KLK mit unterschiedlichen Membranen interagiert und darin, ohne Poren zu generieren, interkaliert. Dabei sind eine Lipid-induzierte Änderungen der Konformation des Peptids von random-coil zu einem beta-Faltblatt und von einem beta-Faltblatt zu alpha-Helix, sowie KLK induzierte ultrastrukturelle Veränderungen der Membranen zu beobachten. Wir demonstrieren des Weiteren, dass KLK mit ODN1a aggregiert. Aufgrund der Ladung des Peptids und seiner Fähigkeit mit Membranen zu interagieren, lagert sich der Komplex an der Oberfläche von Zellen an. Wir zeigen weiters, dass die Anwesenheit von KLK die endozytotische Aufnahme von ODN1a in dendritische Zellen erhöht. Wir haben das Nukleotid in frühen und späten Endosomen sowie im Endoplasmatischen Retikulum detektiert und darüber hinaus gezeigt, dass es mit TLR9 positiven Kompartimenten kolokalisiert. KLK sebst wird nicht in die Zellen aufgenommen sondern verbleibt vielmehr an der Plasmamembran. Durch die vorliegende Arbeit konnte zum ersten Mal die molekulare Wirkungsweise von IC31® dargestellt werden. Die Funktion der beiden Komponenten im Bezug auf die Stimulation des Immunsystems ist klar. Dadurch wird IC31® zu einem der am Besten verstanden Adjuvanzien.

In the last years new technologies considerably improved the development of vaccines. Genomics-based, high throughput techniques contributed significantly to antigen identification and selection for many pathogens. However, vaccines consisting of even the most carefully selected antigens only are limited in their application, as immunisation with such preparations does not always lead to an adequate immune response. Therefore, supplementation of vaccines with adjuvants that improve and modulate the immune system is desirable. The number of adjuvants licensed for human application is limited. Currently, only Alum, MF59 and Virosomes are on the market and only Alum is licensed worldwide. IC31® is a novel potent adjuvant composed of the cationic antimicrobial peptide NH2-KLKLLLLLKLK-COOH (KLK) and the TLR9 agonist oligonucleotide ODN1a (poly(dIdC)13). In this research project we clarified the molecular mechanisms behind the function of IC31®. We demonstrated profound membrane-interacting properties and unique conformational transitions of KLK. Interaction of this peptide with various membrane vesicles as well as cells altered membrane ultrastructure and cell surface morphology. We showed that KLK forms aggregates with ODN1a. Due to charge attraction and membrane-interacting properties of KLK, these complexes are readily attracted to cell surfaces. We revealed that the presence of KLK considerably increased endocytic uptake of ODN1a into dendritic cells. We localized the nucleotide in both early and late endosomes as well as the endoplasmic reticulum. Further, we observed ODN1a in TLR9 positive compartments while KLK was demonstrated to stay associated with the plasma-membrane. Our results made significant contributions to better understanding of the molecular action of IC31®. With these contributions IC31® became one of the best understood adjuvants in current vaccine research.