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The role of costimulatory pathways during the activation of human T cells

Judith Leitner

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Peter Steinberger

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DOI

10.25365/thesis.15063

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30381.08205.218954-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Arbeit beinhaltet 22 Abbildungen. Für eine effiziente T-Zellaktivierung sind zwei Signale notwendig. Signal 1 entsteht bei der Interaktion zwischen dem MHC-Peptid Komplex und dem T-Zellrezeptorkomplex. Signal 2, auch als kostimulatorisches Signal bezeichnet, wird von akzessorischen Molekülen, welche auf antigenpräsentierenden Zellen (APC) exprimiert sind, auf deren Rezeptoren, die sich auf T-Zellen befinden, übertragen. Diese Signale spielen eine wichtige Rolle in der Regulation der T-Zellantwort. Überdies stellen diese Signalwege, bei Erkrankungen die mit unerwünschter T-Zellantwort verbunden sind, hervorragende therapeutische Ziele dar. Eine Verstärkung von kostimulatorischen Signalen kann auch zu verbesserten Immunantworten gegen Tumore und Pathogene führen. In Tiermodellen aber auch in klinischen Studien wurde vielfach gezeigt, dass agonistische und antagonistische Antikörper oder Fusionsproteine hervorragende Werkzeuge zur Manipulation von kostimulatorischen oder koinhibitorischen Signalwegen darstellen. Bis heute ist eine Vielzahl verschiedener kostimulatorischer und koinhibitorischer Liganden beschrieben. Ein Überblick darüber wird im ersten und zweiten Teil dieser Dissertation gegeben. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von verschiedenen kostimulatorischen und koinhibitorischen Signalwegen in der Aktivierung humaner T-Zellen zu untersuchen. Dafür sollte ein experimentelles System entwickelt werden mit dem es möglich ist die Rolle einzelner kostimulatorischer Signalwege in der T-Zellaktivierung zu evaluieren. Aufgrund der Tatsache, dass APC eine Vielzahl von Oberflächenmolekülen exprimieren, ist es schwierig den Effekt einzelner Liganden auf die T-Zellaktivierung zu erfassen. Basierend auf einem von uns entwickelten experimentellen System (beschrieben in Teil drei dieser Arbeit) wurde die Funktion ausgewählter Signalwege analysiert. Dieses System, die sogenannten T-Zellstimulatorzellen, basiert auf einer murinen Thymomzelllinie die ein single-chain anti-CD3 Fragment exprimiert und auf diese Weise Signal 1 in T-Zellen induziert. In diesem System kann jedes beliebige kostimulatorische oder koinhibitorische Molekül koexprimiert werden, das dann Signal 2 an die T-Zelle vermittelt. T-Zellstimulatorzellen sind ein ausgezeichnetes Werkzeug um verschiedene kostimulatorische Moleküle miteinander zu vergleichen und die Funktion von Liganden, die eine Rolle bei kostimulatorischen Prozessen spielen, zu evaluieren. Weiters kann damit untersucht werden, welche Effekte immunmodulatorische Medikamente auf T-Zellaktivierung haben. Der vierte Teil der Arbeit analysiert die Funktion von B7-H3 in der humanen T-Zellaktivierung. In dieser Studie konnten wir in verschiedenen experimentellen Systemen und in verschiedenen T-Zellsubpopulationen zeigen, dass das von B7-H3 vermittelte Signal stark inhibitorisch auf die T-Zellproliferation und Zytokinproduktion wirkt. Weiters konnten wir TREML2 (triggering receptor expressed on myeloid cells like transcript 2), kürzlich als Rezeptor für das murine B7-H3 beschrieben, als Rezeptor für humanes und murines B7-H3 ausschließen. In Teil fünf dieser Arbeit wird der Einfluss einzelner kostimulatorischer Signale auf die Wirkung der immunsuppressiven Medikamente Azathioprine und Cyclosporin A behandelt. Wir konnten zeigen, dass die IC50 (mittlere inhibitorische Hemmkonzentration) Konzentration für Cyclosporin A durch Signale über CD28 deutlich erhöht wird, während Signale über CD2, 4-1BB, ICOS oder LFA-1 seine inhibitorische Wirkung nicht wesentlich beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu wurde der inhibitorische Effekt von Azathioprine durch unterschiedliche kostimulatorische Signale nicht beeinflusst. Die Aktivierung von T-Zellen wird durch das komplexe Zusammenspiel verschiedenster kostimulatorischer und inhibitorischer Moleküle reguliert. In dieser Arbeit wird ein ausführlicher Überblick über die gegenwärtig beschriebenen kostimulatorischen und koinhibitorischen Signalwege in der humanen T- Zellaktivierung geboten. Weiters entwickelten wir ein experimentelles System, mit dem man hervorragend den Beitrag einzelner Moleküle zur T-Zellproliferation erfassen kann. Mit Hilfe dieses Systems und anderer methodischer Ansätze, wurde eine umfassende Evaluierung der Rolle von B7-H3 in der T-Zellaktivierung durchgeführt. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass kostimulatorische Signalwege die Wirkung von bestimmten immunsuppressiven Medikamenten stark herabsetzen, während sie andere nicht beeinflussen. Diese Ergebnisse können möglicherweise Einfluss auf Behandlungsstrategien, beispielsweise Kombination von herkömmlichen immunsuppremierenden Medikamenten mit CTLA-4 Fusionsproteinen, welche spezifisch den CD28 Signalweg targeten, haben.

Abstract

(Englisch)

It is well established that full activation of T cells requires the interaction of the TCR complex with the peptide-MHC complex (Signal 1) and additional signals (Signal 2). These second signals are generated by the interaction of accessory molecules expressed on antigen presenting cells (APC) with their receptors on T cells. Numerous costimulatory and coinhibitory pathways have been described, but many aspects of these pathways are still incompletely understood. By acting as potent regulators of host-protective as well as pathological processes, T cell costimulatory pathways play a pivotal role in immunity and thus are promising therapeutic targets. It is evident that a better understanding of the function of T cell costimulatory molecules is a prerequisite for the development of efficient therapeutic strategies. Since APC harbor a plethora of stimulating and inhibitory surface molecules, the contribution of individual costimulatory molecules is difficult to assess on these cells. Thus, we have developed a system, called T cell stimulator cells, that can give signal 1 to human T cells via a membrane-bound anti-CD3 antibody fragment. By expressing human costimulatory/coinhibitory ligands on these cells, their role in T cell activation processes can readily be analyzed. Here, we showed that our system of T cell stimulator cells is an excellent tool to evaluate the functional role of ligands implicated in T cell activation processes and to investigate the effect of immunomodulatory drugs on T cell activation. In detail, we assessed the functional dualism of B7-H3, a recently identified B7 homolog, in human T cell activation, since activating as well as inhibitory roles have been ascribed to this molecule. Based on various experimental conditions we found that B7-H3 potently down-modulated human T cell responses. Using T cells that received distinct costimulatory signals, we investigated the interplay between costimulation and immunosuppression. We found that CD28 signals, but not costimulation via CD2, 4-1BB, ICOS or LFA-1 greatly increased the IC50 (mean inhibitory concentration) for Cyclosporine A. By contrast, the inhibitory effects of azathioprine were not influenced by this T cell costimulatory signals. Studies on individual costimulatory pathways can complement investigations using experimental systems employing natural human APC or animal studies to get a better insight into the intricate processes that govern human T cell responses.

Autor*innen

Judith Leitner

Haupttitel (Englisch)

The role of costimulatory pathways during the activation of human T cells

Paralleltitel (Deutsch)

Die Rolle von kostimulatorischen Signalwegen in der Aktivierung von humanen T-Zellen

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

103 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Peter Steinberger

Klassifikationen

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie ,

44 Medizin > 44.45 Immunologie

AC Nummer

AC09415046

Utheses ID

13518

Studienkennzahl

UA | 091 | 490 | |

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