| License: Publishing license for publications excluding print on demand (1MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-190665
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.19066
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 7 February 2011 |
| Referee: | Prof. Dr. Andreas Mackensen and Prof. Dr. Susanne Modrow |
| Date of exam: | 17 January 2011 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin III (Hämatologie und Internistische Onkologie) Biology, Preclinical Medicine |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Trogocytosis, antigen-specific transfer, human T cells, PD-L1, DC-SIGN |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 19066 |
Abstract (English)
Specific T-cell responses are initiated by TCR recognition of pMHC-complexes on APC. Upon specific interaction of T cells with APC, T cells capture membrane fragments and surface molecules in a process termed trogocytosis. Exchange of membrane molecules/antigens between immune cells has been observed for a long time, but the mechanisms and functional consequences of these transfers remain ...
Abstract (English)
Specific T-cell responses are initiated by TCR recognition of pMHC-complexes on APC. Upon specific interaction of T cells with APC, T cells capture membrane fragments and surface molecules in a process termed trogocytosis. Exchange of membrane molecules/antigens between immune cells has been observed for a long time, but the mechanisms and functional consequences of these transfers remain uncertain. This study demonstrates that human antigen-specific CD8+ T cells acquire the co-inhibitory molecule PD-L1 from mature monocyte-derived DC and tumor cells as well as the DC-specific adhesion molecule CD209 in an antigen-specific manner. Furthermore, also cytosolic proteins are transferred after antigen-recognition. Of note, not only CD8+ T cells can acquire membrane fragments and surface molecules but also CD4+ and DN T cells. Antigen-pulsed iDC are less effective in transferring surface molecules such as PD-L1 and CD209 onto CD8+ T cells after antigen-specific recognition even though CD209 is expressed at similar levels on iDC and mDC. However, T cells interacting with monocytes, NK cells or B cells acquire only low amounts of membrane fragments. The recognition of melanoma cell lines gives rise to an efficient transfer of membrane molecules but also PD-L1 and MCSP are transferred onto T cells to a certain extend. The kinetics of the acquisition of membrane fragments, PD-L1 and CD209 reveal a maximal exposition of acquired cell components after about two hours after co-incubation with antigen-pulsed APC, being detectable up to 72 hours. Using a transwell system this study shows that the acquisition of membrane patches, PD-L1 and CD209 requires cell-to-cell contact. Furthermore, these cell components cannot be acquired by T cells from a lysate of mDC. Of importance, a parallel transfer onto antigen-unspecific bystander T cells can be excluded. Moreover, fixation of DC with glutaraldehyde completely abrogates the acquisition of PD-L1 and CD209 on T cells suggesting that an active interaction between APC and T cells is required for trogocytosis. The co-receptor CD8 seems to play an important role in this trogocytosis process since blockade of this co-receptor impairs the transfer of membrane fragments as well as of surface molecules. The formation of cSMAC and pSMAC impaired by the inhibition of Myosin IIA, is not critical for triggering trogocytosis. Furthermore, blocking of the src kinase lck has no impact on the transfer of membrane fragments, PD-L1, and CD209 excluding a crucial role of the downstream TCR signal cascade in trogocytosis. The transfer process can be blocked after pretreatment of T cells with concanamycin A, a specific inhibitor of vacuolar ATPases, playing an important role in endo- and exocytosis, in the acidification of intracellular vesicles and in membrane trafficking. Monensin which is described to inhibit intracellular vesicle trafficking, to disturb the golgi apparatus as well as to inhibit the recycling out of early endosomes, is also capable of impairing trogocytosis, suggesting that intracellular vesicles may be of relevance for the transfer process. Moreover, an endogenous up-regulation of PD-L1 can be excluded as T-cell stimulation by antigen-pulsed PD-L1- T2 cells or by anti-CD3/CD28 beads does not result in surface expression of PD-L1. Of importance, CD8+ T cells which acquired PD-L1 complexes are able to induce apoptosis in neighboring PD-1 expressing CD8+ T cells that can be completely blocked by an anti-PD-L1 antibody. In summary this study demonstrates for the first time new aspects in the mechanistic regulation of trogocytosis and shows that human antigen-specific CD8+ T cells take up functionally active PD-L1 from APC in an antigen-specific manner triggering apoptosis of PD-1 expressing T cells. The transfer of functionally active co-inhibitory molecules from APC onto human CD8+ T cells may serve to limit clonal expansion of antigen-specific T-cell responses and to maintain tolerance by elimination of self-reactive T cells, but may also play a major role for T-cell exhaustion in chronic infection and tumor immunosurveillance.
Translation of the abstract (German)
Spezifische T-Zell-Antworten werden über die Erkennung von Peptid-MHC-Komplexen auf Antigen-präsentierenden Zellen (APC) durch T-Zell-Rezeptoren (TCR) initiiert. Nach antigen-spezifischer Interaktion von T-Zellen mit APC können T-Zellen sowohl Membranfragmente als auch Oberflächenmoleküle von APC akquirieren, ein Vorgang, der als Trogozytose definiert wird. Der Austausch von Membranmolekülen und ...
Translation of the abstract (German)
Spezifische T-Zell-Antworten werden über die Erkennung von Peptid-MHC-Komplexen auf Antigen-präsentierenden Zellen (APC) durch T-Zell-Rezeptoren (TCR) initiiert. Nach antigen-spezifischer Interaktion von T-Zellen mit APC können T-Zellen sowohl Membranfragmente als auch Oberflächenmoleküle von APC akquirieren, ein Vorgang, der als Trogozytose definiert wird. Der Austausch von Membranmolekülen und –antigenen wurde schon vor langer Zeit beschrieben. Die zugrunde liegenden Mechanismen sowie funktionelle Konsequenzen dieser Transfervorgänge bleiben bisher jedoch ungeklärt. Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit zeigen, dass humane antigen-spezifische CD8+ T-Zellen sowohl koinhibitorische PD-L1 Moleküle von reifen dendritischen Zellen (mDC) und auch Tumorzellen akquirieren können, aber auch dass das DC-spezifische Molekül CD209 bei der antigen-spezifischen Interaktion von T-Zellen aufgenommen wird. Des Weiteren werden auch zytosolisch vorliegende Proteine nach Antigenerkennung auf die T-Zelle übertragen. Bemerkenswerter Weise können neben den CD8+ T-Zellen auch CD4+ und DN T Zellen Membranfragmente und Oberflächenmoleküle akquirieren. Antigen-beladene unreife DC (iDC) sind allerdings weniger effizient bei der Übertragung von den Oberflächenmolekülen PD-L1 und CD209 nach Antigen-Erkennung auf CD8+ T Zellen als mDC, obwohl auf iDC und mDC eine vergleichbare CD209 Expression vorliegt. T-Zellen, die dagegen mit Monozyten, NK-Zellen oder B-Zellen interagieren, akquirieren nur geringe Mengen an Membranfragmenten. Die Erkennung von Melanomzelllinien führt ebenfalls zu einer effizienten, antigen-spezifischen Übertragung von Membranfragmenten, aber auch PD-L1 und das Melanomantigen MCSP werden in detektierbareren Mengen auf T-Zellen übertragen. Als ein limitierender Faktor ist die begrenzte Aufnahme von Zellkomponenten bei einer überwiegenden Anzahl an APC im Vergleich zu T-Zellen zu nennen: ab einem gewissen Verhältnis von Zielzellen zu Effektorzellen erreicht der Transfervorgang eine Sättigung und es können nicht noch mehr Membranfragmente oder Oberflächenmoleküle aufgenommen werden. Die Kinetik der Übertragung von Membranfragmenten, PD-L1 und CD209 zeigt, dass nach einer zweistündigen Kokultur von T-Zellen mit APC die maximale Menge an transferierten Zellkomponenten auf der T-Zelle vorliegt. Diese auf der Zelloberfläche aufgenommenen Membranfragmente und –moleküle können jedoch bis zu 72 Stunden detektiert werden. In dieser Arbeit konnte außerdem mittels eines sogenannten Transwell-Systems gezeigt werden, dass die Übertragung von Membranfragmenten, PD-L1 und CD209 ein Zell-Zell-Kontakt abhängiger Prozess ist. Außerdem können diese Zellkomponenten nicht aus einem Pool von lysierten, antigen-beladenen mDC von T-Zellen aufgenommen werden. Des Weiteren kann eine antigen-unspezifische Übertragung auf Bystander T-Zellen ausgeschlossen werden. Die Fixierung der mDC mit einer Glutaraldehydlösung kann außerdem die Übertragung von PD-L1 und CD209 komplett unterbinden, was darauf hinweist, dass eine dynamische Interaktion zwischen T-Zellen und APC beim Trogozytoseprozess vorausgesetzt werden muss. Der CD8-Korezeptor scheint eine wichtige Rolle bei der Trogozytose zu spielen, da dessen Blockade eine Beeinträchtigung der Übertragung von Membranfragmenten und Oberflächenmolekülen zur Folge hat. Es wurde beschrieben, dass die Inhibition von Myosin IIA die Bildung von cSMAC und pSMAC negativ beeinflusst, was jedoch nicht entscheidend für den Verlauf der Trogozytose zu sein scheint. Außerdem übt auch die Blockade der Src-Kinase Lck, die eine Rolle in der TCR-Signalkaskade spielt, keinen inhibitorischen Effekt auf die Übertragung von Membranefragmenten, PD-L1 und CD209 aus, was eine entscheidende Rolle in der TCR-Signalkaskade im Ablauf der Trogozytose ausschließt. Dahingegen hat die Inhibierung von vATPasen, die eine wichtige Rolle bei sowohl bei Endo- und Exozytosevorgängen, bei der Ansäuerung von intrazellulären Vesikeln als auch in Membrandynamik spielen, durch die Vorbehandlung der T-Zellen mit Concanamycin A einen stark beeinträchtigenden Effekt auf die Übertragung von Zellkomponenten per Trogozytose. Auch Monensin, welches zur Beeinträchtigung des intrazellulären Vesikelverkehrs führt, die Prozesse am Golgi-Apparat stört als auch das Recycling aus frühen Endosomen inhibiert, reduziert den Transfer von Membranfragmenten und Oberflächenmolekülen. Eine endogene Hochregulation und Expression von PD-L1 kann ausgeschlossen werden, da T-Zellen sowohl nach Stimulation mit antigen-beladenen, PD-L1- T2-Zellen als auch mit anti-CD3/CD28 Beads kein PD-L1 auf der T-Zelloberfläche exprimieren. Bemerkenswerterweise können CD8+ T-Zellen, welche das PD-L1 akquiriert haben, in benachbarten PD-1 exprimierenden T-Zellen Apoptose auslösen. Dieser Effekt kann komplett durch Zugabe eines PD-L1 blockierenden Antikörpers verhindert werden. Zusammengefasst beschreibt die vorliegende Arbeit neue mechanistische Aspekte der Trogozytose sowie die Übertragung von funktionell aktivem PD-L1 von APC auf humane CD8+ T-Zellen, welches in PD-1 exprimierenden T-Zellen Apoptose auslösen kann. Der Transfer von funktionell aktiven koinhibitorischen Molekülen von APC auf humane CD8+ T-Zellen könnte dazu dienen, die klonale Expansion von antigen-spezifischen T-Zellantworten zu limitieren sowie durch Eliminierung von selbst-reaktiven T-Zellen Toleranz aufrecht zu erhalten, könnte aber auch eine tragende Rolle bei der funktionalen Erschöpfung von T-Zellen bei chronischen Infektionen und bei der Tumor-Immunüberwachung spielen.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 07:39
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