T cells exhibit similar metabolic characteristics to tumor cells during their activation phase. Rapidly growing and dividing cells need to adapt their metabolism, with glutamine playing a significant role as a partially essential amino acid, especially for cells with high energy demands.

First, we investigated the effects of glutamine deprivation on the proliferation, survival, and metabolism of tumor cells. We chose the two cell lines T-ALL CCRF-CEM-C7H2 (C7H2) and Jurkat-FHCRC as model cells. It was found that both cell lines proliferated less under glutamine deprivation, with the deprivation having a greater impact on C7H2 cells. While Jurkat cells grew more slowly under glutamine deprivation, they continued their growth and division.

To gain insights into the underlying mechanisms, we analyzed the effects of glutamine deficiency on mitochondrial respiration in both cell lines. It was found that cellular respiration in C7H2 cells was significantly reduced, whereas respiration in Jurkat cells was only slightly affected.

Next, we examined the ability for endogenous glutamine synthesis and found that both C7H2 and Jurkat cells expressed glutamine synthetase under glutamine deprivation. To rule out differences in enzymatic activity, we conducted metabolite tracing experiments. We demonstrated the activity of glutamine synthetase in both cell lines under glutamine deprivation in the tracing analysis using labeled 13C-glutamate.

Finally, we tested whether the addition of glutamate could compensate for glutamine deprivation. We found that high doses of glutamate significantly improved the survival of C7H2 cells.

In the second part of the study, we investigated how glutamine deprivation affected human CD8+ T cells. It is known that these T cells do not proliferate, are not activated, and have reduced cytokine production under glutamine deprivation. High concentrations of glutamate in cell culture were able to partially compensate for glutamine deprivation in T cells, resulting in slightly increased proliferation and cytokine production compared to the group with no added glutamate or glutamine.

Further studies are necessary, particularly with regard to the tumor microenvironment where immune cells encounter the tumor. Since certain amino acids, such as glutamine, are present in very low concentrations in the tumor environment, tumor cells might have a potential survival advantage there. Future studies should continue to focus on the tumor microenvironment.

T-Zellen zeigen während ihrer Aktivierungsphase ähnliche metabolische Eigenschaften wie Tumorzellen. Schnell wachsende und sich rasch teilende Zellen müssen ihren Stoffwechsel anpassen, wobei Glutamin als teilweise essenzielle Aminosäure, insbesondere für Zellen mit hohem Energiebedarf, eine bedeutende Rolle spielt.

Zunächst untersuchten wir die Auswirkungen des Glutamin Entzugs auf die Proliferation, das Überleben und den Stoffwechsel von Tumorzellen. Als Modellzellen wählten wir die beiden Zelllinien T-ALL CCRF-CEM-C7H2 (C7H2) und Jurkat-FHCRC. Es wurde festgestellt, dass beide Zelllinien unter Glutamin Entzug schlechter proliferierten, wobei sich der Entzug bei den C7H2-Zellen stärker auswirkte. Die Jurkat-Zellen wuchsen zwar langsamer unter Glutamin Entzug, setzten jedoch ihr Wachstum und ihre Teilung fort.

Um Einblicke in die zugrundeliegenden Mechanismen zu gewinnen, analysierten wir die Auswirkungen des Glutamin Mangels auf die mitochondriale Atmung in beiden Zelllinien. Dabei wurde festgestellt, dass die zelluläre Atmung in den C7H2-Zellen deutlich reduziert war, während die Atmung in den Jurkat-Zellen nur gering beeinträchtigt war.

Im nächsten Schritt untersuchten wir die Fähigkeit zur endogenen Synthese von Glutamin und stellten fest, dass sowohl C7H2- als auch Jurkat-Zellen unter Glutamin Entzug die Glutamin-Synthetase exprimierten. Um Unterschiede in der enzymatischen Aktivität auszuschließen, führten wir Experimente zur Rückverfolgung von Metaboliten durch. Dabei wiesen wir die Aktivität der Glutamin-Synthetase in beiden Zelllinien unter Glutamin Entzug in der Tracing-Analyse mittels markiertem 13C-Glutamat nach.

Schließlich überprüften wir, ob die Zugabe von Glutamat den Glutamin Entzug ausgleichen konnte. Dabei stellten wir fest, dass hohe Dosen von Glutamat das Überleben der C7H2-Zellen deutlich verbesserte.

Im zweiten Teil der Arbeit untersuchten wir, wie sich der Glutamin Entzug bei humanen CD8+ T-Zellen auswirkte. Es ist bekannt, dass diese T-Zellen unter Glutamin Entzug nicht proliferieren, nicht aktiviert werden und ihre Zytokin Produktion eingeschränkt ist. Hochkonzentriertes Glutamat in der Zellkultur konnte zumindest teilweise den Glutamin Entzug bei T-Zellen ausgleichen, was sich in einer leicht gesteigerten Proliferation und Zytokin Produktion im Vergleich zur Gruppe, bei der kein Glutamat oder Glutamin hinzugegeben wurde, zeigte.

Weitere Untersuchungen sind notwendig, insbesondere mit Blick auf das Mikromilieu des Tumors, wo Immunzellen auf den Tumor treffen. Da bestimmte Aminosäuren, wie beispielsweise Glutamin, in der Tumorumgebung in sehr geringen Konzentrationen vorkommen, könnten Tumorzellen dort einen möglichen Überlebensvorteil haben. In zukünftigen Untersuchungen sollte das Mikromilieu von Tumoren weiterhin eine wichtige Rolle spielen.