Titelblatt und Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Einleitung
Material und Methoden
Ergebnisse
Diskussion
Zusammenfassung
Summary
LiteraturverzeichnisDie IL-2 Expression von CD4+ Th-Zellen nach spezifischer TCR Stimulation ist
ein Schlüsselereignis der adaptiven Immunantwort. Eine Fehlregulation des
Zytokins IL-2 hat fundamentale Auswirkungen auf die Homöostase des adaptiven
Immunsystems in vivo. Während die transkriptionelle Regulation des IL-2
Promotors hinreichend erforscht wurde, sind die zellulären
Entscheidungsprozesse der Signaltransduktion, die zur Bildung von IL-2 führen,
kaum bekannt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die transkriptionelle
Induktion von IL-2 innerhalb einer peripheren humanen CD4+ Th-Zellpopulation
während der initialen mitogenen Th-Zellaktivierung modulierbar war, und einem
binären und nicht graduellen Entscheidungsprozess unterlag. Die graduelle
Stimulation oder graduelle Inhibierung der TCR-abhängigen Aktivierung von Th-
Zellen resultierte in einer Veränderung der Frequenz der IL-2 produzierenden
Zellen und nicht in einer Veränderung der Intensität der IL-2 Produktion pro
Zelle. Der Entscheidungsprozess dieser binären IL-2 Expression wurde in dieser
Arbeit erstmalig und auf Einzelzellebene untersucht. Hierzu wurden die IL-2
Produzenten und die IL-2 Nichtproduzenten einer humanen CD4+ Th-Zellpopulation
anhand des IL-2 Sekretionsassays separiert. Darüber hinaus wurde eine Methode
zur durchflusszytometrischen Detektion der aktivierten Transkriptionsfaktoren
NFATc2 und NF-kB (p65) in isolierten intakten Zellkernen aus humanen Th-Zellen
etabliert. Mit dieser Arbeit konnte belegt werden, dass NFATc2 als ein
zellulärer Schalter der Ca2+/Calcineurin-abhängigen T-Zellaktivierung
funktioniert. Die IL-2 Produktion zeigte eine große Abhängigkeit von der
intrazellulären exprimierten NFATc2 Menge und resultierte infolge eines
binären Aktivierungs- und nukleären Translokationsprofils von NFATc2 in einem
binären IL-2 Expressionsprofil in individuellen Zellen. Im Gegensatz dazu
wurde für die Aktivierung von NF-kB (p65) eine graduelles nukleäres
Translokationsprofil detektiert. Durch mathematische Modellierung der
vorliegenden Ergebnisse konnte zudem eine binäre Geninduktion als Folge einer
Schalteraktivierung von NFATc2 in Reaktion auf eine graduelle Stimulation mit
Ionomycin simuliert werden, für die bereits die kooperative Dephosphorylierung
von 7 der 13 Serin-Phosphorylierungsstellen am NFATc2 Molekül als ausreichend
für die Induktion einer binären IL-2 Expression ermittelt werden konnte. Damit
kann der hier beschriebene NFATc2 Schalter als ein Übersetzer der Signalstärke
bei der T-Zellaktivierung in die effektive Anzahl an aktivierten,
zytokinproduzierenden Th-Zellen angesehen werden, der als ein allgemeiner
Kontrollpunkt in Th-Zellen die Qualität der adaptiven Immunantwort
mitbestimmt.Expression of IL-2 by activated T helper cells is a key event of the adaptive
immune response after antigenic stimulation. The dysregulation of IL-2 is of
fundamental consequence for the homeostasis of the immune system in vivo.
While the molecular analysis of IL-2 trans-criptional regulation has been
extensively studied the cellular decision processes leading to IL-2 expression
are not known. In this study is shown that in human periphal CD4+ Th cells the
transcriptional response of IL-2 can be modulated after initial mitogenic
stimulation and is followed by a binary and not a graded decision process. The
titration of the Ca2+ ionophore ionomycin or inhibition of mitogenic
stimulation by the classical calcineurin inhibitor cyclosporine A only changed
the frequency of IL-2 producing cells but not the intensity of IL-2 production
per cell. The molecular decision process leading to the binary IL-2 expression
pattern shown here was examined for the first time and on individual cells. On
this account, the IL-2 capture assay was used to separate IL-2 producing and
non-producing cells after stimulation. For single cell analysis, a method for
cytometrical detection of the activated transcription factors NFATc2 and NF-kB
(p65) in isolated nuclei was developed. The results proved NFATc2 as a
cellular switch of Ca2+/calcineurin dependent T cell activa-tion. The IL-2
production showed great dependancy on the intracellular level of expressed
NFATc2 and results in binary IL-2 expression pattern after all-or-non
activation of NFATc2 in individual cells. Graded stimulations by titration
with Ionomycin or CsA lead to an all-or-non NFATc2 but graded NF-kB (p65)
nuclear translocation per cell. Mathematical modeling predicts that co-
operativity of at least 7 of the 13 NFATc2 dephosphorylation sites after
graded stimulation by ionomycin would be sufficient to induce a binary IL-2
expression. By translating the strength of antigenic T cell stimulation into
the frequency of cytokine producing Th cells, the described NFATc2 switch is a
general hub for productive adaptive immune response
