TY - JOUR A1 - Jost, Priska A1 - Klein, Franziska A1 - Brand, Benjamin A1 - Wahl, Vanessa A1 - Wyatt, Amanda A1 - Yildiz, Daniela A1 - Boehm, Ulrich A1 - Niemeyer, Barbara A. A1 - Vaeth, Martin A1 - Alansary, Dalia T1 - Acute downregulation but not genetic ablation of murine MCU impairs suppressive capacity of regulatory CD4 T cells JF - International Journal of Molecular Sciences N2 - By virtue of mitochondrial control of energy production, reactive oxygen species (ROS) generation, and maintenance of Ca\(^{2+}\) homeostasis, mitochondria play an essential role in modulating T cell function. The mitochondrial Ca\(^{2+}\) uniporter (MCU) is the pore-forming unit in the main protein complex mediating mitochondrial Ca\(^{2+}\) uptake. Recently, MCU has been shown to modulate Ca\(^{2+}\) signals at subcellular organellar interfaces, thus fine-tuning NFAT translocation and T cell activation. The mechanisms underlying this modulation and whether MCU has additional T cell subpopulation-specific effects remain elusive. However, mice with germline or tissue-specific ablation of Mcu did not show impaired T cell responses in vitro or in vivo, indicating that ‘chronic’ loss of MCU can be functionally compensated in lymphocytes. The current work aimed to specifically investigate whether and how MCU influences the suppressive potential of regulatory CD4 T cells (Treg). We show that, in contrast to genetic ablation, acute siRNA-mediated downregulation of Mcu in murine Tregs results in a significant reduction both in mitochondrial Ca\(^{2+}\) uptake and in the suppressive capacity of Tregs, while the ratios of Treg subpopulations and the expression of hallmark transcription factors were not affected. These findings suggest that permanent genetic inactivation of MCU may result in compensatory adaptive mechanisms, masking the effects on the suppressive capacity of Tregs. KW - mitochondrial calcium uniporter KW - regulatory T cells KW - suppressive capacity Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313621 SN - 1422-0067 VL - 24 IS - 9 ER - TY - JOUR A1 - Rosales-Alvarez, Reyna Edith A1 - Rettkowski, Jasmin A1 - Herman, Josip Stefan A1 - Dumbović, Gabrijela A1 - Cabezas-Wallscheid, Nina A1 - Grün, Dominic T1 - VarID2 quantifies gene expression noise dynamics and unveils functional heterogeneity of ageing hematopoietic stem cells JF - Genome Biology N2 - Variability of gene expression due to stochasticity of transcription or variation of extrinsic signals, termed biological noise, is a potential driving force of cellular differentiation. Utilizing single-cell RNA-sequencing, we develop VarID2 for the quantification of biological noise at single-cell resolution. VarID2 reveals enhanced nuclear versus cytoplasmic noise, and distinct regulatory modes stratified by correlation between noise, expression, and chromatin accessibility. Noise levels are minimal in murine hematopoietic stem cells (HSCs) and increase during differentiation and ageing. Differential noise identifies myeloid-biased Dlk1+ long-term HSCs in aged mice with enhanced quiescence and self-renewal capacity. VarID2 reveals noise dynamics invisible to conventional single-cell transcriptome analysis. KW - gene expression noise KW - single-cell RNA sequencing KW - stem cell differentiation KW - cell sate variability KW - ageing KW - hematopoietic stem cells KW - machine learning KW - mathematical modeling Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-358042 VL - 24 ER - TY - THES A1 - Rüttger, Lennart T1 - Regulatory T cells limit antiviral CD8 T cell responses through IL-2 competition T1 - Regulatorische T-Zellen limitieren antivirale CD8 T-Zellantworten durch IL-2 Konkurrenz N2 - Regulatory T cells (Treg) are critical immune cells to ensure immune homeostasis. Treg do so by establishing tolerance to self-antigens as well as food-derived antigens. Additionally, they fine-tune immune responses to limit the damage caused by inevitable inflammation during the resolution of an ongoing infection or anti-tumor response. Despite countless efforts to gain a detailed understanding of the mechanisms Treg utilize to regulate adaptive immune responses, in vivo evidence is rather limited. We were interested in the cell-cell interactions of Treg and their spatio-temporal dynamics during a viral infection. We sought to address Interleukin-2 (IL-2) competition as a viable mechanism to control anti-viral CD8 T cell responses. We used intra-vital 2-photon imaging to analyze the interactions between Treg and activated T cells during viral infection. Additionally, we performed multiple loss- and gain-of-function experiments, addressing the IL-2 active signaling of CD8, CD4, and regulatory T cells to understand the competitive sensing of IL-2. Finally, we performed single-cell RNA sequencing to understand the cell-intrinsic differences in Treg caused by infection. We found that IL-2 competition by Treg limits the CD8 T cell response and can alter the differentiation of CD8 T cells. Furthermore, we show that Treg do not arrest in proximity to CD8 T cells for prolonged periods and therefore are unlikely to regulate CD8 T cells via contact-dependent mechanisms previously proposed. Our data support an area control model in which Treg scavenge IL-2 while actively migrating through the LN, constantly limiting access to IL-2. Establishing CD4 T cells as the major source of IL-2 during the later phases of infection, we provide direct evidence that Treg compete with CD8 T cells for CD4-derived IL-2. Finally, we show that IL-2 limitation is in correlation with CD25 expression levels and has an impact on the differentiation of CD8 T cells. Altering the differentiation of CD8 T cells to increase effector or memory functions has huge implications in clinical treatments, e.g ’checkpoint immunotherapy’. Especially in scenarios like checkpoint immunotherapy, where an efficient expansion of CD8 T cells is vital to the success of the treatment, it is invaluable to understand the spatio-temporal dynamics of Treg. Not only can the expansion phase be optimized, but also side effects can be better controlled by ensuring the adequate timing of treatments and boosting the anti-inflammatory response after the initial establishment of CD8 T cells. On top of this, the gained understanding of the regulatory mechanism of Treg can help to enhance the efficacy of autoimmune disorder treatments. Overall, this study addressed highly relevant questions in the Treg field and answered aspects of Treg regulation, refining their mode of action and the spatio-temporal dynamics during viral infection, providing evidence for IL-2 competition as a major regulatory mechanism controlling antiviral CD8 T cell responses. N2 - Regulatorische T Zellen (Treg) sind wichtige Immunzellen die der Aufrechterhaltung der Homöostase dienen. Sie induzieren tolerogene Immunantworten gegenüber Antigenen des eigenen Körpers und erlauben uns die Aufnahme von harmlosen ’Fremdantigenen’ aus unserer Nahrung, indem Sie unerwünschte Immunantworten unterdrücken. Zusätzlich ermöglichen Treg eine Feinabstimmung der adaptiven Immunantwort, indem sie die Entzündungsreaktion und die damit einhergehende Gewebeschädigung minimieren, zeitgleich aber die Expansion von Effektorzellen angepasst an das Infektionsgeschehen erlauben. So kann der Erreger schnellstmöglich bekämpft werden, ohne dass die Integrität des Gewebes beeinträchtigt wird und die Gewebefunktion aufrechterhalten werden kann. Viele wissenschaftliche Studien haben sich bereits mit den Regulationsmechanismen von Treg beschäftigt. Es werden heutzutage unzählige Mechanismen beschrieben, die in den meisten Fällen jedoch auf Ergebnissen aus Zellkulturexperimenten beruhen und somit häufig unzureichend belegt sind. Aus diesem Grund wollten wir sowohl das zeitliche als auch räumliche Verhalten von regulatorischen T Zellen im Laufe einer viralen Infektion genauer untersuchen und dabei vor allem Zell-Zell Interaktionen analysieren. Besonderes Augenmerk lag dabei auf dem zuvor beschriebenen Mechanismus der Interleukin-2 (IL-2) Konkurrenz. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass regulatorische T Zellen IL-2, ein wichtiges Zytokin für das Überleben von Effektorzellen, aufnehmen und somit die vorhandene Menge an IL-2 beeinflussen können. Dies geschieht in ständiger Konkurrenz zu Zellen der adaptiven Immunantwort. Wir haben Zell-Zell Interaktionen von Treg mit ihren potenziellen Konkurrenten mithilfe von intravitaler Mikroskopie, im Laufe einer viralen Infektion untersucht. Außerdem haben wir verschiedene ’gain’-und ’loss-of-function’ Experimente durchgeführt, um die IL-2 Konkurrenz zwischen CD8, CD4 und regulatorischen T Zellen besser verstehen zu können. Zusätzlich haben wir das Transkriptom von Treg in zwei verschiedenen Kontexten, Infektion und Homöostase, mittels einer Einzelzellanalyse miteinander verglichen. Wir konnten zeigen, dass Treg dazu in der Lage sind antivirale T Zellantworten allein durch IL-2 Konkurrenz zu modulieren. Hierbei wird nicht nur die Anzahl, sondern auch die Differenzierung von zytotoxischen T Zellen beeinflusst. Dabei haben wir festgestellt, dass Treg während der Immunantwort in Lymphknoten migratorisch aktiv bleiben und keine langen (> 15 min) Zell-Zell Interaktionen mit aktivierten CD8 T Zellen oder dendritischen Zellen eingehen. Dies deutet auf einen primär kontaktunabhängigen Regulationsmechanismus bei der Steuerung von antiviralen T Zellantworten hin. Abschließend konnten wir zeigen, dass CD8 T Zellen während ihrer Expansionsphase stark auf von CD4 T Zellen produziertes IL-2 angewiesen sind. CD4 T Zellen stellen in dieser Phase der Infektion die Hauptquelle von IL-2 dar. So können Treg den Zugang von CD8 T Zellen zu der Hauptquelle von IL-2 räumlich soweit begrenzen, dass dies die Expansion und Differenzierung der CD8 T Zellpopulation nachhaltig beeinflusst. Diese Studie beantwortet relevante Fragen zur Funktionsweise von regulatorischen T Zellen während einer viralen Infektion und zeigt vor allem die räumlichen und zeitlichen Komponenten der Regulation im Detail auf. Diese Studie zeigt, dass IL-2 Konkurrenz einen Hauptregulationsmechanismus von regulatorischen T Zellen darstellen und CD8 T Zellantworten unabhängig regulieren kann. Dies ermöglicht die (Weiter-)Entwicklung und Präzisierung von klinischen Anwendungen und Therapieansätzen zur Bekämpfung von Krebs- und Autoimmunerkrankungen. Besonders für die Expansion von zytotoxischen T Zellen, welche bei der ’Checkpoint’ Immuntherapie zur Behandlung von soliden Tumoren von besonderer Bedeutung ist, ist das Verständnis der Funktionsweise von regulatorischen T Zellen für den Erfolg der Behandlung entscheidend. KW - Regulatorischer T-Lymphozyt KW - Interleukin 2 KW - Treg KW - IL-2 Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-296747 ER - TY - JOUR A1 - Wu, Hao A1 - Zhao, Xiufeng A1 - Hochrein, Sophia M. A1 - Eckstein, Miriam A1 - Gubert, Gabriela F. A1 - Knöpper, Konrad A1 - Mansilla, Ana Maria A1 - Öner, Arman A1 - Doucet-Ladevèze, Remi A1 - Schmitz, Werner A1 - Ghesquière, Bart A1 - Theurich, Sebastian A1 - Dudek, Jan A1 - Gasteiger, Georg A1 - Zernecke, Alma A1 - Kobold, Sebastian A1 - Kastenmüller, Wolfgang A1 - Vaeth, Martin T1 - Mitochondrial dysfunction promotes the transition of precursor to terminally exhausted T cells through HIF-1α-mediated glycolytic reprogramming JF - Nature Communications N2 - T cell exhaustion is a hallmark of cancer and persistent infections, marked by inhibitory receptor upregulation, diminished cytokine secretion, and impaired cytolytic activity. Terminally exhausted T cells are steadily replenished by a precursor population (Tpex), but the metabolic principles governing Tpex maintenance and the regulatory circuits that control their exhaustion remain incompletely understood. Using a combination of gene-deficient mice, single-cell transcriptomics, and metabolomic analyses, we show that mitochondrial insufficiency is a cell-intrinsic trigger that initiates the functional exhaustion of T cells. At the molecular level, we find that mitochondrial dysfunction causes redox stress, which inhibits the proteasomal degradation of hypoxia-inducible factor 1α (HIF-1α) and promotes the transcriptional and metabolic reprogramming of Tpex cells into terminally exhausted T cells. Our findings also bear clinical significance, as metabolic engineering of chimeric antigen receptor (CAR) T cells is a promising strategy to enhance the stemness and functionality of Tpex cells for cancer immunotherapy. KW - cytotoxic T cells KW - infection KW - lymphocyte differentiation KW - translational research Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-358052 VL - 14 ER -