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  - THES
A1  - Knöpper, Konrad
T1  - Lymph node heterogeneity is imprinted by unconventional T cells that are organized in functional units
T1  - Lymphknoten Heterogenität ist durch unkonventionelle T Zellen reguliert, welche in funktionellen Einheiten organisiert sind
N2  - The immune system has the function to defend organisms against a variety of pathogens
and malignancies. To perform this task, different parts of the immune system work in concert and
influence each other to balance and optimize its functional output upon activation. One aspect that
determines this output and ultimately the outcome of the infection is the tissue context in which the
activation takes place. As such, it has been shown that dendritic cells can relay information from
the infection sites to draining lymph nodes. This way, the ensuing adaptive immune response that
is initiated by dendritic cells, is optimized to the tissue context in which the infection needs to be
cleared.
Here, we set out to investigate whether unconventional T cells (UTC) could have a similar
function in directing a site-specific immune response. Using flow cytometry, scRNA-sequencing
and functional assays we demonstrated that UTC indeed drive a characteristic immune response
in lymph nodes depending on the drained tissues. This function of UTC was directly connected to
their lymphatic migration from tissues to draining lymph nodes reminiscent of dendritic cells.
Besides these tissue-derived UTC that migrated via the lymph, we further identified circulatory UTC
that migrated between lymph nodes via the blood. Functional characterization of UTC following
bacterial infection in wt and single TCR-based lineage deficient mice that lacked subgroups of UTC
further revealed that both tissue-derived and circulatory UTC were organized in functional units
independent of their TCR-based lineage-affiliation (MAIT, NKT, gd T cells). Specific reporter mouse
models revealed that UTC within the same functional unit were also located in the same
microanatomical areas of lymph nodes, further supporting their shared function. Our data show that
the numbers and function of UTC were compensated in single TCR-based lineage deficient mice
that lacked subgroups of UTC.
Taken together, our results characterize the transcriptional landscape and migrational
behavior of UTC in different lymph nodes. UTC contribute to a functional heterogeneity of lymph
nodes, which in turn guides optimized, site-specific immune responses. Additionally, we propose
the classification of UTC within functional units independent of their TCR-based lineage. These
results add significantly to our understanding of UTC biology and have direct clinical implications.
We hope that our data will guide targeted vaccination approaches and cell-based therapies to
optimize immune responses against pathogens and cancer.
N2  - Das Immunsystem verteidigt den Host gegen eine Vielzahl an Pathogenen und malignen Transformationen. Um diese Aufgabe effizient zu erfüllen, arbeiten verschiedene Bereiche des Immunsystems zusammen, um bei Aktivierung optimal zu funktionieren. Einen potenziellen Einfluss auf die Immunantwort hat der Kontext, in dem die Aktivierung stattfindet. Es konnte gezeigt werden, dass dendritische Zellen Informationen von der Infektionsstelle im Gewebe zum drainierenden Lymphknoten transportieren. Auf diese Weise kann die adaptive Immunantwort, initiiert von den dendritischen Zellen, auf die Situation im Gewebe optimiert werden, um die Infektion zu bekämpfen.
In dieser Arbeit wollten wir die Rolle der unkonventionellen T Zellen (UTC) in der Generierung der Ortsspezifischen Immunantwort untersuchen. Unter Verwendung von Durchflusszytometry, Einzelzell-RNS Sequenzierung und funktioneller Analyse Methoden, konnten wir zeigen, dass diese Zellen eine Lymphknoten-spezifische Immunantwort generieren, die vom drainierenden Gewebe abhängt. Diese Eigenschaft der UTC war direkt mit ihrer Fähigkeit geknüpft, wie dendritische Zellen vom Gewebe zu den Lymphknoten zu wandern. Neben dieser Gewebe-abstammenden UTC Population konnten wir auch eine im Blut zirkulierende Gruppe identifizieren. Während der Analyse dieser Zellen in bakterieller Infektion von wild typ und einzelnen TCR Identität-defizienten Mäusen stellte sich heraus, dass sie als funktionelle Einheiten agieren, unabhängig von ihrer TCR-basierten Identität (MAIT, NKT,  T Zellen). Mit spezifischen Reporter Maus Linien konnten wir zeigen, dass sich UTC in spezifischen mikroanatomischen Nischen in Lymphknoten befinden, was eine überlappende Funktion andeutet. Außerdem war die Anzahl und Funktion der UTC kompensiert in einzelnen TCR Identität-defizienten Mäusen. 
Zusammenfasst charakterisieren unsere Ergebnisse das Transkriptionsprofil und Migrations-verhalten der UTC in verschiedenen Lymphknoten. Wir zeigen, dass UTC zum Teil für die Lymphknoten spezifische Unterschiede verantwortlich sind und damit eine spezifische, optimierte Immunantwort steuern. Diese Ergebnisse erweitern unser Wissen über die Biologie von UTC signifikant und haben direkte klinische Relevanz. Auf der Basis dieses Wissens können neue Impfansätze oder Zelltherapie Strategien genauer designend werden.
KW  - unconventional T cells
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-296949
ER  -