Molecular mechanisms of differential activation of naive T cells by weak and strong antigen-presenting cells
Regulatory T cells (Tregs) are a special branch of T cells which function primarily to keep immune responses at a non harmful level and are principally of two types: naturally occurring Tregs (nTreg) which develop in the thymus and induced Tregs (iTregs) which develop from naïve T cell pools in the periphery. Tregs are widely depicted by their expression of the Foxp3 transcription factor and there is an increasing awareness of the existence and activity of non-Foxp3 Tregs which also play a role in modulating immune responses. iTregs have been extensively studied in recent years and while much is now known about their biology, there however exists a knowledge gap about initial signaling events which underlie the process of naïve T cell conversion into iTregs in the periphery. With the aid of transgenic T cells specific for the pOVA peptide, this study investigated the processes involved in the conversion of naïve T cells into CD4+ CD25+ Foxp3- iTregs following activation of the T cell receptors (TCRs) on these T cells by weak antigen presenting cells (APC). Results of this study showed that after activation by weak APC, iTregs initially shed the lymph node homing molecule CD62-L and after 24h begin to be re-express this molecule again and by 72h, had returned to values as high as in naïve T cells. This was in contrast to T cells triggered by mature dendritic cells (DCs) which shed CD62-L just as iTregs but maintained consistently low amounts of CD62-L after the initial shedding phase. Based on pharmacological dissection, a differential role for the PI3K/mTOR signaling pathway was implicated in the dynamics of CD62-L regulation between iTreg and effector T cells. After TCR triggering by weak APC, iTregs exhibited an attenuated phopsho-status at the hydrophobic motif of Akt; Ser473 and this signaling profile was found to be associated with upregulated levels of the novel molecule PHLPP1 which has been reported to specifically target the hydrophobic motif of Akt. Lack of co-stimulatory molecules was also identified as playing a critical role in acquisition of regulatory function in T cells triggered by weak APC and augmented CD28 stimulation was able to abrogate regulatory function but interestingly had no effect on CD62-L expression, thus emphasizing the importance of suboptimal CD28 signaling for conferment of regulatory behaviour in iTregs but not in modulating its migratory potential as assessed by its CD62-L expression level. This work also highlighted the differential requirements of PI3K and mTOR signaling for acquisition of regulatory function as pharmacological inhibition of PI3K but not mTOR drove T cells from effector lineage into regulatory cell lineage. In the final part of the thesis, we began investigating the role of adhesion molecules of the microenvironment stroma in T cell activation. Adaptively transferred transgenic OT 2 cells were equally activated by transferred antigen laden wildtype dendritic cells with regards to CD25 expression but the percentage of proliferating cells was significantly lower in Intercellular adhesion molecule (ICAM) deficient mice which lack ICAM expression on the stroma of the lymph node compared to wildtype thus suggesting that in situations of ICAM deficiency, T cell immune response might be delayed or insufficient compared to wild type conditions. In conclusion, this present work apart from giving insight into early signaling events in iTreg generation also proposes that there exists a temporal window of sensitivity after TCR triggering within which the signaling threshold of the PI3K/Akt axis determines cells fate lineage into effector or regulatory T cell fate lineage and provides hint that in vivo, adhesion molecules on the stroma of lymph nodes play a role in efficiency of T cell responses.
Regulatorische T Zellen (Tregs) bilden eine eigene Untergruppe der T Zellen. Ihre Hauptaufgabe ist es, Immunantworten zu regulieren und damit auf einem, für den Organismus ungefährlichen Niveau zu halten. Prinzipiell kann man regulatorische T Zellen in zwei weitere Untergruppen aufteilen: Zum einen in die natürlich vorkommenden Tregs (nTregs), welche sich im Thymus entwickeln und zum anderen in induzierte Tregs (iTregs), welche aus dem naiven T Zellpool in der Peripherie heranreifen. Ein Hauptcharakteristikum von regulatorischen T Zellen ist die Expression des Transkriptionsfaktors Foxp3. Nichtsdestotrotz beschreiben neuere Arbeiten auch wichtige immunmodulatorische Funktionen von Foxp3-negativen Tregs. Obwohl die Gruppe der iTregs in den letzten Jahren Gegenstand vieler wissenschaftlicher Arbeiten waren und obwohl viele Details zu ihrer biologischen Funktion publiziert wurden existiert eine deutliche Wissenslücke, was die initialen Signalkaskaden angeht, welche die Konversion von naiven T Zellen zu iTregs einleiten. Unter Zuhilfenahme eines transgenen T Zellmodells (pOVA stimulierte T Zellaktivierung von OT-I/II T Zellen) wurden in der vorliegenden Arbeit die Prozesse charakterisiert, welche an der Ausreifung von naiven T Zellen zu CD4+ CD25+ Foxp3- iTregs nach Stimulation des T Zellrezeptors (TCR) durch schwache Antigen präsentierende Zellen (APC), wie z.B. B Zellen, beteiligt sind. Die ersten Resultate dieser Arbeit zeigten, dass iTregs nach Aktivierung durch schwache APC (B Zellen) zunächst das Oberflächenmolekül CD62-L verloren. Dieses Molekül wird von den Zellen benötigt, um effektiv ihren Weg in den Lymphknoten zu finden. Nach 24 h war eine Re-Expression des Moleküls nachzuweisen und nach 72 h entsprach das Expressionslevel dem naiver T Zellen. Im Gegensatz dazu verloren T Zellen nach starker Aktivierung durch reife Dendritische Zellen (DCs) ebenfalls CD62-L, allerdings blieb dieser Zustand über mehrere Tage erhalten. Basierend auf pharmakologischen Vorarbeiten wurde impliziert, dass der PI3K/mTOR Signalweg eine zentrale Rolle bei der unterschiedlichen CD62-L Regulation zwischen iTregs und Effektor-T Zellen einnimmt. Hierzu konnten wir zeigen, dass das hydrophobe Motiv der Proteinkinase Akt, Ser473, in iTregs nach Stimulation durch schwache APC konstant phosphoryliert vorlag. Dieses Aktivierungsmuster ging mit einer Hochregulierung der erst kürzlich beschriebenen Phosphatase PHLPP1 einher. Von dieser ist wiederum bekannt, dass sie spezifisch die Phosphatreste am Ser473 der Akt angreift. Bezüglich der Wichtigkeit der PI3K/mTOR Signalkaskaden fanden wir, dass nach einer pharmakologischen Inhibition der PI3K naive T Zellen zu regulatorischen T Zellen ausdifferenzierten. Das Blocken der mTOR Kaskade hatte keine Messbaren Auswirkungen in diesem Kontext. Als nächstes wurde die Rolle der CD28 Ko-Stimulation bei der Generierung von regulatorischen T Zellen untersucht. Hierbei fanden wir, dass ein Fehlen der ko-stimulatorischen Moleküle bei der Aktivierung von T Zellen durch schwache APC unabdingbar für die Ausbildung ihrer regulatorischen Funktionen war. Eine verstärkte CD28 Stimulation führte zur Aufhebung jeglicher immunregulatorischer T Zellfunktionen. Interessanterweise hatte diese Ko-Stimulation keine Auswirkung auf die CD62-L Expression in den Zellen. Dieser Befund erlaubt die Schlussfolgerung, dass eine sub-optimale Aktivierung naiver T Zellen durch CD28 Ko-Stimulation notwendig für die Ausbildung des immunregulatorischen Potentials von iTregs ist, dass durch dieses die migratorischen Fähigkeiten der Zelle aber nicht weiter beeinflusst werden. Abschließend charakterisierten wir die Rolle von Adhäsionsmolekülen auf Stromazellen bei der T Zellaktivierung. Wir konnten zeigen, dass adoptiv transferierte OT-II T Zellen in WT Tieren und in ICAM (Intercellular Adhesion Molecule) k.o. Mäusen gleich gut, durch Peptid beladene, ebenfalls transferierte DCs aktiviert wurden (Messung des CD25 Levels). Der Prozentsatz an proliferierenden Zellen lag in ICAM k.o. Tieren hingegen signifikant reduziert vor. Daraus formulierten wir die These, dass T Zellantworten im Lymphknoten deutlich verzögert oder ineffektiv ablaufen, wenn das Stroma des lymphatischen Organs kein ICAM als „Zellanker“ aufwies. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die vorliegende Arbeit Einblicke in früh ablaufende Signalwege bei der Generierung von iTregs aus naiven T Zellen gibt. Darüber hinaus beschreibt sie ein zeitliches Fenster nach T Zellrezeptorstimulation in welchem die Höhe der PI3K/Akt Aktivität bestimmt, ob sich eine T Zelle zu einer Effektorzelle oder zu einer Immunzelle mit regulatorischem Potential entwickelt. Darüber hinaus wird in der Arbeit die These formuliert, dass Adhäsionsmoleküle auf Stromazellen lymphatischer Organe eine wichtige Rolle bei der Einleitung von T Zellantworten haben.
Vorschau
Zitieren
Zitierform:
Zitierform konnte nicht geladen werden.