Computational study of T cell repolarization during target elimination

Abstract

T Cells are one of the most important players of the immune system. They are responsible for the elimination of the pathogen-infected or tumorigenic cells (target cells). When a target cell is recognized, the T Cell establishes a contact zone called the immunological synapse (IS). Subsequently, the cytoskeleton rotates and the MTOC relocates to the IS. The cytoskeleton rotation is correlated with a movement of organelles attached to microtubules (MT). The MTOC repositioning results from an interplay between MTs and dyneins in the IS pulling MTs via two mechanisms: cortical sliding and capture-shrinkage. Since many aspects of the process remain unknown, we designed a theoretical model for the molecular-motor-driven motion of the MT cytoskeleton in the cell with one or two IS. The model offers explanations of several experimental results including the biphasic nature of the MTOC movement. We also compared the two mechanisms in different cell configurations and found that the T Cell performs one of the most important immune reactions with stunning efficiency by the advantageous placement of dyneins and by employing two mechanisms acting in synergy. We also analyzed Ca2+ diffusion in the T Cell following the MTOC repositioning. We provided the evidence that mitochondria relocate towards the IS with the MTOC and their placement together with their ability of absorption and redistribution significantly increase the Ca2+ concentration.T Zellen sind einer der wichtigsten Spieler des Immunsystems. Sie sind verantwortlich für die Beseitigung von infizierten-oder tumorösen Zellen (Zielzellen). Wenn eine Zielzelle erkannt ist, schafft die T-Zelle eine Immunologische Synapse (IS) genannte Kontaktzone. Dann rotiert das Zytoskelett und das MTOC zieht zur IS. Die Rotation ist mit einer Bewegung von an Mikrotubuli (MT) angehefteten Organellen korreliert. Die MOTC Umpositionierung ergibt sich aus dem Zusammenspiel zwischen MT und Dyneinen in der IS wobei MTs über zwei Mechanismen gezogen werden: ”cortical slidingünd ”captureshrinkage”. Da viele Aspekte des Prozesses unbekannt bleiben entwarfen wir ein theoretisches Modell für die durch molekulare Dyneinen Bewegung des MT Zytoskeletts in der Zelle mit einer oder zwei IS. Das Modell bietet Erklärungen mehrerer experimenteller Ergebnisse einschließlich der biphasischen Natur der MTOC Bewebung. Ebenso verglichen wir die beiden Mechanismen unter verschiedenen Konfigurationen und fanden, dass die T-Zelle eine der wichtigsten Immunreaktionen durch nutzbar Anordnung von Dyneinen und Einsatzes zweier in Synergie arbeitenden Mechanismen mit erstaunlicher Effizienz durchführt. Wir analysierten auch folgenden Ca2+ Diffusion in der T-Zelle. Wir liefern den Nachweis, dass Mitochondrien mit das MTOC zu der IS ziehen und ihre Plazierung, zusammen mit der Fähigkeit der Absorption und Umverteilung, die global Ca2+ Konzentration signifikant steiger

    Similar works