Modulation of T cell function via accessory cell surface receptors CD43 and CD71

Abstract

T-Zellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Initiierung und Regulation einer adaptiven Immunantwort auf Fremdantigene. Auch wenn das Signal über den T-Zell-Rezeptor bei der Initiation der T-Zell-Antwort der entscheidende Schritt ist, sind akzessorische Zelloberflächenrezeptoren entscheidend für die Feinabstimmung der T-Zell-Aktivierung und Funktion. CD43 ist eines der häufigsten Glykoproteine, das auf der Zelloberfläche von den verschiedenen T-Zell-Subtypen exprimiert wird. Bisherige Analysen der physiologischen Bedeutung von CD43-Expression auf T-Zellen lieferten kein kohärentes Bild, da sowohl eine positive wie auch eine negative Regulation der T-Zell-Aktivierung über CD43 beobachtet werden konnte. Im ersten Teil meiner Dissertation konnte ich nun zeigen, dass CD43 sowohl eine positive kostimulatorische Rolle als auch eine negative koinhibitorische Rolle bei der Regulation einer Immunantwort spielen kann, je nachdem welches Epitop von CD43 involviert ist. Kostimulation von T-Zellen aus dem peripheren Blut (PB) über zwei verschiedene CD43-Epitope, die von mAb CD43-6E5 (T6E5-act) und CD43-10G7 (T10G7-act) erkannt werden, induziert die Proliferation in verschiedenen T-Zell-Subpopulationen, einschließlich CD4+, CD8+ und naiven T-Zellen. Allerdings führte die Kostimulation über diese beiden CD43-Epitope zu einem Unterschied im Clusterverhalten der T-Zellen, unterschiedlicher Zytokinproduktion und auch nachfolgender Effektor-Funktion. T6E5-act produzieren ein hohes Maß an IL-22 und IFN-[gamma], ähnlich wie über CD28 aktivierte T-Zellen (TCD28-act) und beherrschen weiters eine zytotoxische Funktion. Auf der anderen Seite sezernieren T10G7-act geringe Mengen an proinflammatorischen Zytokinen, aber höhere Mengen an TGF-[beta] und IL-35. Im Vergleich zu T6E5-Act oder TCD28-Act, zeigen T10G7-Act einen hypo-proliferative Phänotyp nach Restimulation. Dabei erlangen T10G7-Act eine T-Zell-unterdrückende Funktion, die über Zell-Zell-Kontakt vermittelt wird. Diese inhibitorische Wirkung exekutieren T10G7-Act nicht direkt über Responder-T-Zellen, sondern über Antigen-präsentierenden Zellen (APC) in einer allogenen Leukozyten-Reaktion (MLR). T10G7-act formen stabile heterotypische Cluster mit dendritischen Zellen (DC) über CD2 und hemmen dadurch die Aktivierung von Responder-T-Zellen. Die Daten dieser Arbeit belegen daher, dass CD43 eine einzigartige Rolle in der Aktivierung von T-Zellen spielt und eine bidirektionale Polarisierung von T-Zellen ausüben kann. Der Transferrin-Rezeptor (TfR1 / CD71) ist von grundlegender Bedeutung für den Eisentransport ins Inneren von Zellen und ist weit verbreitet auf der Oberfläche von proliferierenden Zellen exprimiert, wie z.B. auf aktivierten T-Zellen. Trotz seiner zentralen Rolle in der Zellbiologie ist über die immun-modulatorische Rolle von CD71 auf T-Zellen noch wenig bekannt. Daher untersuchte ich im zweiten Teil meiner Dissertation die Wirkung von CD71 auf Signalwege, Proliferation und die Produktion von Zytokinen. Die Blockade von CD71 auf aktivierten T-Zellen mit mAb VIP-1 führte zu einer Inhibition der Transferrin (Tf)-Aufnahme und in Folge zu einer gehemmten T-Zellproliferation. VIP-1 behandelte T-Zellen (TVIP-1) zeichneten sich durch die einzigartige Fähigkeit aus, dass diese T-Zellen trotz ihres Wachstumsstopps dennoch Zytokine produzierten und sezernierten. Weiters konnte gezeigt werden, dass die Signalwege in Jurkat-T-Zellen verändert waren und es im Vergleich zu unbehandelten Zellen zu einer Überaktivierung von NFAT kommt. Ausserdem zeigten VIP-1-behandelte Jurkat-T-Zellen eine verminderte Expression von Proteinen, die am intrazellulären Transport wie z.B.: Rab-5C, Rab-9A und Rab-11B oder im Zellzyklus wie z.B.: Histondeazetylase 2 (HDAC2) beteiligt sind. Der Wachstumsstopp in TVIP-1-Zellen konnte weder durch eine wiederhergestellte CD71 Zelloberflächenexpression noch durch Zugabe von exogenem IL-2 rückgängig gemacht werden nicht. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass die Aufnahme von Eisen über CD71 während der T-Zell-Aktivierung zwar zu einer Hemmung des Wachstums der T-Zellen führt jedoch nicht zur Inhibition wichtiger Effektor-Funktionen von T-Zellen, wie z.B. die Produktion von Zytokinen.T cells are pivotal in the initiation and regulation of adaptive immune responses to foreign antigens. Even though signalling via T cell receptor is the key step in initiation of a T cell response, accessory cell surface receptors play a decisive role in fine-tuning of T cell activation and function. CD43 is one of the abundant cell surface glycoproteins expressed on various T cell subsets. The physiological role of CD43 in T cells is not completely clear, with several studies indicating positive and negative regulation of T cell activation via CD43. In the first part of this thesis I demonstrate that CD43 can play a positive co-stimulatory role and a negative role in down-regulation of an immune response, depending on its targeted epitope. Peripheral blood (PB) T cell co-stimulation via two diverse CD43 epitopes recognized by mAb CD43-6E5 (T6E5-act) and CD43-10G7 (T10G7-act) could potently induce proliferation in various T cell subsets including CD4+, CD8+ as well as naïve T cells. However, T cell co-stimulation via these two CD43 epitopes differentially regulated T cell homotypic clustering, cytokine production and also subsequent effector function. T6E5-act produced high levels of IL-22 and IFN-[gamma] similar to T cells activated via CD28 (TCD28-act) and further displayed proficient cytotoxic function. On the other hand, T10G7-act produced low levels of inflammatory cytokines, but higher levels of regulatory cytokines, TGF-[beta] and IL-35. Compared to T6E5-act or TCD28-act, T10G7-act exhibited a hypo-proliferative phenotype as analyzed during re-stimulation assays and subsequently acquired cell-cell contact dependent T cell suppressive function. T10G7-act did not directly inhibit responder T cells but rather routed their suppressive effect via antigen-presenting cells (APC) when added to allogeneic mixed leukocyte reaction (MLR). T10G7-act formed stable heterotypic clusters with dendritic cells (DC) via CD2 to inhibit activation of responder T cells. Together, the data suggest a unique role of CD43 in bidirectional polarization of T cell function. Transferrin receptor (TfR1/CD71) is fundamental for transport of iron into cells and is widely expressed on all proliferating cells, including activated T cells. Despite its central role in cell biology, the immune-modulatory role of CD71 in T cells is poorly understood. Therefore, in the second part of my thesis, I assessed the effect of targeting CD71 during T cell activation on downstream signalling pathways, T cell proliferation and cytokine production. Targeting of CD71 on activated T cells via VIP-1 mAb inhibited transferrin (Tf)-mediated iron uptake and further inhibited T cell proliferation. VIP-1-treated T cells (TVIP-1) were characterized by the unique ability to secrete T cell cytokines despite their inhibited growth. Analysis of downstream signalling pathways revealed over-activation of NFAT in VIP-1-treated Jurkat T cells, compared to mock-treated cells. Furthermore, VIP-1-treated Jurkat T cells were deficient in expression of proteins involved in intracellular trafficking such as Rab-5C, Rab-9A and Rab-11B as well as those involved in cell cycle progression such as Histone deacetylase 2 (HDAC2). Indeed, despite restored expression of CD71 on cell surface, TVIP-1 cells responded poorly and acquired IL-2 unresponsiveness during re-stimulation assays. In summary, the data show that targeting iron transport function of TfR1 during T cell activation alters the expression of distinct targets that are not exclusively associated with iron metabolism and leads to IL-2 unresponsiveness in T cells that is not related to iron deficiency.submitted by Madhura Meghsham Modak, MResZusammenfassung in deutscher SpracheMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016OeB