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Delineating a phenotypic and functional roadmap to regulatory T cell development at the CD4+ single positive stage

Florian Mair

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Ludger Klein

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DOI

10.25365/thesis.746

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29946.57349.528770-7

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

T-Zellen sind wichtige Zellen des adaptiven Immunsystems und entwickeln sich im Thymus aus lymphoiden Vorläuferzellen. Jede T-Zelle besitzt einen einzigartigen T-Zell Rezeptor (TCR), der während der Entwicklung im Thymus durch zufälliges Umstellen bestimmter Genfragmente entsteht. Durch diesen Mechanismus kann eine gigantische Vielfalt an verschiedenen TCR-Spezifitäten gebildet werden, wodurch T-Zellen jeden möglichen Krankheitserreger erkennen können. Allerdings entstehen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch TCRs, die körpereigene Antigene erkennen. Diese autoreaktiven T-Zellen werden großteils durch negative Selektion entfernt, aber einige wenige gelangen vom Thymus in die Peripherie. Um diese zu kontrollieren, existieren sogenannte regulatorische T-Zellen (Treg), die durch folgende zwei Merkmale charakterisiert werden: Expression der -Kette des Interleukin-2 Rezeptors (CD25) und des X-chromosomal kodierten Transkriptionsfaktors Foxp3 (Forkhead box P3). Letzterer ist essentiell für die Funktion von Treg. Entfernung des Foxp3-Gens führt in Mäusen 3 4 Wochen nach der Geburt zu einer tödlichen Autoimmunerkrankung, während in Menschen Foxp3 Mutationen für die Autoimmunerkrankung IPEX (immune dysregulation, polyendocrinopathy, X-linked) verantwortlich sind. Treg können unter gewissen Umständen aus normalen T-Zellen in der Peripherie entstehen, aber die meisten Treg entwickeln sich im Thymus. Dieser Prozess kann durch Antigenerkennung auf thymischen medullären Epithelzellen (mTEC) ausgelöst werden, wobei die exakten Mechanismen noch unklar sind. In dieser Studie sollten Einblicke in die Treg Entwicklung im Thymus gewonnen werden. Dazu wurde ein TCR-transgenes Mausmodell verwendet, in dem individuelle T-Zellen, die spezifisch für Haemagglutin sind, verfolgt werden können. In AIRE-HA × TCR-HA Mäusen, die das Protein Haemagglutinin (HA) unter der Kontrolle des Aire Promotors exprimieren, entwickelt sich ein Teil der HA-spezifischen T-Zellen zu Treg. Durch intrathymischen Transfer von naiven TCR-HA+ Thymocyten in AIRE-HA Mäuse wurde gezeigt, dass die Entwicklung von CD25+ Foxp3+ Treg während des CD4+ positiven Stadiums der T-Zell Entwicklung möglich ist. Die Effizienz dieses Prozesses war einerseits vom Reifestadium der T-Zelle und andererseits auch vom Level der Antigenexpression abhängig. Sowohl durch intrathymischen Transfer in vivo als auch durch in vitro Experimente konnten CD25- Foxp3- GITR+ und CD25+ Foxp3- Thymocyten als Vorläuferzellen von Foxp3+ Treg charakterisiert werden. Für deren Entwicklung war eine weitere TCR-Stimulation nicht notwendig. Die Aufklärung von mechanistischen Details der Treg Entwicklung würde sich deutlich vereinfachen, wenn ein passendes in vitro System zur Verfügung stehen würde. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass thymische dendritische Zellen und mTEC in vitro CD4+ Thymocyten zu Foxp3+ Treg konvertieren, was ein einfaches experimentelles System für Modifikationen darstellen könnte.

Abstract

(Englisch)

T cells, which are crucial effector cells of the adaptive immune system, develop in the thymus from common lymphoid progenitor cells. Each T cell carries a unique T cell receptor (TCR), generated during thymic development by random rearrangement of a number of gene fragments. Using this mechanism an enormous variety of TCR specificities can be generated, equipping T cells with the ability to react against every possible pathogen. However, with a certain probability TCRs recognizing self antigen will arise. These autoreactive T cells are mainly purged from the repertoire by the process of negative selection, but still some of them escape from the thymus to the periphery. To keep them in check, so called regulatory T cells (Treg) exist. Treg are characterized by the constitutive expression of the Interleukin-2 receptor α chain (CD25) and the X chromosome encoded transcription factor Foxp3 (Forkhead box P3), the latter being crucial for their function. Disruption of Foxp3 in mice results in lethal autoimmunity at the age of 3-4 weeks, while Foxp3 mutations in humans cause the severe autoimmune disease IPEX (immune dysregulation, polyendocrinopathy, X-linked). Treg can develop from conventional T cells in the periphery under certain conditions, but most Treg are generated in the thymus. It has been shown that this process can be initiated upon interaction with peptide-MHC class II complexes on medullary thymic epithelial cells (mTECs), but the precise mechanism underlying thymic Treg development remains enigmatic. This study was initiated to delineate the process of thymic Treg development. For this purpose a TCR transgenic mouse model was used, in which T cells specific for hemagglutin can be tracked on single cell level. In AIRE-HA × TCR-HA mice, which express hemagglutinin (HA) under control of the Aire promotor specifically in mTECs T cells expressing the hemagglutinin specific TCR are efficiently selected into the Treg lineage. By intrathymic transfer of naïve TCR-HA+ RAG2-/- thymocytes into AIRE-HA recipients we could demonstrate that induction of CD25+ Foxp3+ Treg at the CD4+ single positive (SP) stage of T cell development is possible. The efficacy of Treg induction was affected both by the maturational stage of the transferred cells and the level of cognate antigen expression. Using in vivo intrathymic transfer and in vitro experiments, CD25- Foxp3- GITR+ and CD25+ Foxp3- CD4+ SPs were identified as precursor cells capable of developing to Foxp3+ Treg without the requirement for any further TCR stimulus. Elucidating the mechanistic details of these processes would be greatly facilitated by a suitable in vitro system closely mimicking the in vivo situation. We could show that thymic dendritic cells (DCs) and mTECs are capable of converting naïve CD4+ SPs to Foxp3+ Treg in vitro, providing a system in which easy manipulation is possible.

Autor*innen

Florian Mair

Haupttitel (Englisch)

Delineating a phenotypic and functional roadmap to regulatory T cell development at the CD4+ single positive stage

Paralleltitel (Deutsch)

Phenotypische und funktionelle Charakterisierung der Entwicklung von regulatorischen T Zellen im CD4 single positiven Stadium

Publikationsjahr

2008

Umfangsangabe

67 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Ludger Klein

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC07868381

Utheses ID

573

Studienkennzahl

UA | 490 | | |

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