Einzelmolekulare Untersuchungen von T-Zell Aktivierung

Abstract

Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZusammenfassung in deutscher SpracheCD 4+ T Lymphozyten sind in der Lage, geringste Mengen an pathogenen Peptiden, die von speziellen Antigen-präsentierenden Zellen (APC) präsentiert werden, zu erkennen. Nach der erfolgreichen Erkennung des krankhaften Peptids folgt die Initialisierung der T Zell Aktivierung, welche mit großen strukturellen Veränderungen und Calzium Ausschüttung einhergeht. Den wichtigsten Proteinkomplex stellt der T Zell Rezeptor (TCR) dar, da er für die Unterscheidung zwischen ungefährlichen und krankhaften Peptiden verantwortlich ist. Der T Zell Rezeptor bindet an das Peptid, das im peptide major histocompatibility complex (pMHC) an der Oberfläche der APC präsentiert wird. Diese Interaktion zwischen TCR und pMHC ist aktueller Gegenstand kontroversieller Diskussionen in der Immunologie. Das Ziel dieser Diplomarbeit war ein tieferes Verständnis der Interaktion zwischen TCR und pMHC auf Einzelmolekülniveau zu erlangen. Dabei wurden Erkenntnisse über die Interaktion von einzelnen pMHC mit TCR mittels single molecule Förster resonance energy transfer (smFRET) Ereignissen, Immobilisierungen und Diffusionskonstanten von verschiedenen Peptiden im pMHC Komplex unter aktivierenden und nicht-aktivierenden Bedingungen gewonnen. Die Korrelation zwischen smFRET und Immobilisierungen konnte zeigen, dass die direkte Interaktion von pMHC und TCR kürzer ist, als die dazugehörige Immobilisierung. Darüberhinaus wurden Diffusionskonstanten von verschiedenen Peptiden im pMHC Komplex und einem fluoreszenzmarkierten Cholesterol als Negativkontrolle unter und neben der T Zelle gemessen und verglichen. Hierbei wurde demonstriert, dass die Moleküle unterhalb der T Zelle nicht nur langsamer diffundieren, sondern auch immobilisiert werden - im Gegensatz zu Molekülen neben der T Zelle. Mit dieser Arbeit konnten weitere Einblicke in die Interaktion von T Zell Rezeptor mit pMHC gewonnen werden.CD4+ T lymphocytes are capable of detecting low amounts of pathogenic peptides presented by antigen presenting cells (APC). The initial T cell activation upon successful recognition goes along with large structural changes and internal Calcium signalling. The crucial protein complex in the discrimination between different self and pathogenic peptides is the T cell receptor (TCR). It binds to its counterpart on the antigen presenting cell (APC), the peptide carrying major histocompatibility complex (pMHC). Binding dynamics between TCR and pMHC are highly debated in the immunological community. The main goal of this master thesis was to probe the interaction of the TCR with the pMHC on a single molecule level, with the latter being embedded in a synthetic lipid bilayer membrane. To this end, dwell times of single molecule Förster resonance energy transfer (smFRET) events, times of immobilisations and diffusion constants of various pMHCs under activating and non-activating conditions were determined. By comparing smFRET with immobilisation data, it was possible to show, that the direct TCR-pMHC interaction lasts shorter than the corresponding immobilisation time. Furthermore, diffusion constants of various pMHC variants and a fluorescently labelled cholesterol-analogue under and adjacent to the T cell synapse were compared with each other. Thereby, it was feasible to demonstrate, that molecules in the interface of the T cell and the synthetic antigen presenting cell (APC) not only immobilized but in addition exhibited a reduced diffusion constant. Diffusion constants of pMHCs under activating and non-activating conditions - realized by a high versus a very low density of pMHC molecules - were compared, which also revealed differences in the diffusion performance. Taken together, presented studies allowed for a deeper insight in the interaction of the TCR with the pMHC.7