TY  - THES
A1  - Giampaolo, Sabrina
T1  - Role of the transcription factor NFATc1 during the early stages of thymocyte development
T1  - Die Bedeutung des Transkriptionsfaktors NFATc1 für frühe Differenzierungsprozesse der Thymozytenreifung
N2  - T lymphocytes (T cells) represent one of the major cell populations of the immune system. Named by the place of their development, the thymus, several types can be distinguished as the αβ T cells, the γδ T cells, the mucosa-associated invariant T cells (MAIT), and the natural killer T (NKT) cells. The αβ lineages of CD4+ THelper and the CD8+ T cytotoxic cells with the T cell receptor (TCR) composed of α- and β-chain are major players of the adaptive immune system. In the thymus, CD4+ and CD8+ single positive (SP) αβ cells represent the ultimate result of positive and negative selection of CD4+CD8+ double positive (DP) thymocytes. The DP population derives from the double negative (DN) thymocytes that develop from bone marrow-derived progenitors through different stages (DN1-DN4) that are characterized by CD25 and CD44 surface expression.
NFATc1, a member of the Nuclear Factor of Activated T cells (NFAT) transcription factors family, is critically involved in the differentiation and function of T cells. During thymocyte development, the nuclear expression of NFATc1 reaches the highest level at the DN3 (CD44-CD25+) stage. The hematopoietic cell-specific ablation of NFATc1 activity results in an arrest of thymocyte differentiation at the DN1 (CD44+CD25-) stage. On the other hand, over-expression of a constitutively active version of NFATc1 results in an impaired transition of DN3 cells to the DN4 (CD44-CD25-) stage, suggesting that a certain threshold level of NFATc1 activity is critical at this point. 
ChIP-seq and RNA-seq analysis allowed us the identification of NFATc1/A target genes involved in lineage development as the Tcra and Tcrb gene loci. Furthermore, we identified multiple NFATc1-regulated genes that are involved in γδ T cell development. In the mouse models, Rag1Cre-Nfatc1fl/fl and Rag1Cre-E2fl/fl, in which the activity of NFATc1 or inducible NFATc1 in the latter is impaired during the early stages of thymocyte development, we observed increased numbers of γδ T cells. These γδ T cells showed an unusual overexpression of CD4, a lack of CD24 expression, and overexpression of the anti-apoptotic gene Bcl2a1a. 
We hypothesize that during the DN stages NFATc1 plays an important role in regulating crucial steps of αβ thymocyte development and when NFATc1 activity is missing this may disturb αβ development resulting in alternative cell fates like γδ T cells.
N2  - T-Lymphozyten (T-Zellen) sind eine wichtige Säule des Immunsystems. Benannt nach dem Ort ihrer Entstehung, dem Thymus, werden sie verschiedenen Linien zugeordnet, den αβ-T-Zellen, den γδ-T-Zellen, den Mukosa assoziierten invarianten T-Zellen (MAIT) und den natürlichen Killer T-Zellen (NKT). Bei den αβ-T-Zellen mit einem T-Zell-Rezeptor (TZR) aus α- und β-Kette unterscheidet man die CD4+ Helfer T- von den CD8+ zytotoxischen T-Zellen. Beide sind zentrale Bestandteile des adaptiven Immunsystems. Einfach positive (SP) CD4+ und CD8+ αβ-T-Zellen gehen aus der positiven und negativen Selektion doppelt-positiver (DP) CD4+CD8+ Zellen hervor. Zuvor durchlaufen sie als doppelt-negative (DN) Thymozyten, die von Vorläufern aus dem Knochenmark abstammen, verschiedene Stadien (DN1-DN4), die durch unterschiedliche Expression der Adhäsionsmoleküle CD25 und CD44 gekennzeichnet sind.
Der Transkriptionsfaktor NFATc1, ein Mitglied der Familie Nukleärer Faktoren Aktivierter T-Zellen (NFAT), ist maßgeblich an der Differenzierung und der Funktion von T-Zellen beteiligt. Während der Thymozytenenreifung kann eine zunehmende nukleäre Expression von NFATc1 beobachtet werden, die im DN3-Stadium (CD44-CD25+) den höchsten Wert erreicht. Eine Deletion der NFATc1-Aktivität in frühen Vorläuferzellen führte zu einem Arrest der Thymozytendifferenzierung im DN1-Stadium (CD44+CD25-). Andererseits hemmte die Überexpression einer konstitutiv aktiven Form von NFATc1 den Übergang von DN3-Zellen in das DN4-Stadium (CD44-CD25-), was vermuten lässt, dass ein bestimmter Schwellenwert der NFATc1-Aktivität zu diesem Zeitpunkt von entscheidender Bedeutung ist. 
Mittels ChIP- und RNA-Sequenzierung gelang es, NFATc1-Zielgene im Thymus zu identifizieren. Hierzu zählten unter anderen die Tcra und Tcrb Gene. Transkriptions-analysen an isolierten DN-Thymozyten offenbarten daneben mehrere NFATc1-regulierte Gene, die an der Entwicklung von γδ-T-Zellen beteiligt sind. In den Mausmodellen, Rag1Cre-Nfatc1fl/fl und Rag1Cre-E2fl/fl, bei denen die Aktivität von NFATc1 bzw. der induzierbaren NFATc1-Aktivität zu frühen Stadien der Thymozytenentwicklung beeinträchtigt ist, stieg die Zahl von γδ-T-Zellen an. Diese γδ-T-Zellen zeigen eine unübliche Überexpression des CD4 Markers, eine fehlende Expression des Oberflächenmarkers CD24 und eine Überexpression des antiapoptotischen Gens Bcl2a1a. Wir vermuten daher, dass NFATc1 an der erfolgreichen Reifung von αβ-T-Zellen direkt beteiligt ist und fehlende NFATc1-Aktivität die Entwicklung alternativer Linien wie von γδ-T-Zellen befördert.
KW  - Thymocytes
KW  - t cells
KW  - NFATc1
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246394
ER  - 
TY  - THES
A1  - König, Anika
T1  - The role of the transcriptional regulators NFATc1 and Blimp-1 in follicular T-cells
T1  - Die Rolle der Transkriptionsregulatoren NFATc1 und Blimp-1 in follikulären T-Zellen
N2  - The defense against invading pathogens is, amongst other things, mediated via the action of antibodies. Class-switched antibodies and antibodies of high affinity are produced by plasma cells descending from germinal center B (GCB) cells. GCB cells develop in the germinal center (GC), a specialized microstructure found in the B-cell follicle of secondary lymphoid organs. GCB-cell maturation and proliferation are supported by follicular T- helper (Tfh) cells. On the other hand, follicular regulatory T (Tfr) cells control this process in quantity and quality preventing, for instance, the formation of autoantibodies directed against endogenous structures. The development of GCB, Tfh and Tfr cells essentially depends on the migration into the GC, which is mediated via the expression of the chemokine receptor CXCR5.
One transcription factor highly expressed in follicular T cells, comprising Tfh and Tfr cells, is NFATc1. Tfr cells additionally express the transcriptional repressor Blimp-1, which is not expressed in Tfh cells. We found that NFATc1 is transactivating Cxcr5 via response elements in the promoter and enhancer in vitro. Blimp-1 binds to the same elements, transactivating Cxcr5 expression in cooperation with NFATc1, whilst mediating Cxcr5- repression on its own. In Tfr cells Blimp-1 suppresses CXCR5 expression in the absence of NFATc1. Blimp-1 itself is necessary to restrict Tfr-cell frequencies and to mediate Tfr- cell function as in mice with Blimp-1-ablated Tregs high frequencies of Tfr cells do not reduce GCB- or Tfh cell frequencies. NFATc1 and Blimp-1 double deficient Tfr cells show additional loss of function, which becomes visible in clearly expanded antibody titers.
To evaluate the function of NFATc1 in Tfr cells, we not only deleted it, but also overexpressed a constitutive active form of NFATc1/aA (caNFATc1/aA) in regulatory T cells (Tregs). The latter is leading to an upregulation of CXCR5 per cell, without changing Tfh or Tfr-cell frequencies. However, the high density of surface CXCR5 enhances the migration of Tfr cells deep into the GC, which results in a tighter control of the antigen- specific humoral immune response. Additionally, caNFATc1/aA increases the expression of genes coding for Tfr effector molecules like Il1rn, Il10, Tigit and Ctla4. Interestingly, this part of the transcriptional change is dependent on the presence of Blimp-1. Furthermore, Blimp-1 regulates the expression of multiple chemokine receptor genes on the background of caNFATc1/aA.
In contrast, when caNFATc1/aA is overexpressed in all T cells, the frequencies of Tfh- and GCB cells are dominantly reduced. This effect seems to stem from the conventional T- cell (Tcon) side, most probably originating from increased secretion of interleukin-2 (IL- 2) via the caNFATc1/aA overexpressing Tcons. IL-2 is known to hinder the germinal center reaction (GCR) and it might in its abundance not be neutralizable by Tfr cells.
Taken together, NFATc1 and Blimp-1 cooperate to control the migration of Tfr cells into the GC. Tfr cells in the GC depend on NFATc1 and Blimp-1 to perform their proper function. Overexpression of caNFATc1 in Tregs strengthens Tfr function in a Blimp-1-dependent manner, whilst overexpression of caNFATc1 in all T cells dominantly diminishes the GCR.
N2  - Die Abwehr von Krankheitserregern durch das Immunsystem wird unter anderem (u.a.) durch die Wirkung von Antikörpern vermittelt. Antikörper, welche einen Klassenwechsel und eine hohe Affinität aufweisen, werden von Plasmazellen gebildet, welche sich von Keimzentrums-B (GCB) -Zellen ableiten. GCB-Zellen evolvieren innerhalb des Keimzentrums (GC), einer Mikrostruktur, welche sich innerhalb des B-Zellfollikels sekundärer lymphoider Organe bildet. Die GCB-Zell-Reifung und -Proliferation wird durch follikuläre T-Helfer (Tfh) -Zellen unterstützt und durch follikuläre regulatorische T (Tfr) -Zellen kontrolliert, wodurch u.a. die Bildung von Autoantikörpern, welche körpereigene Strukturen angreifen, unterbunden wird. Die Entwicklung von GCB-, Tfh- und Tfr-Zellen ist in entscheidender Weise abhängig von der Expression des Chemokinrezeptors CXCR5 und der damit verbundenen Migration in das GC.
NFATc1 ist ein Transkriptionsfaktor, welcher in follikulären T-Zellen, bestehend aus Tfh- und Tfr-Zellen, stark exprimiert wird. Im Gegensatz zu Tfh-Zellen exprimieren Tfr-Zellen zusätzlich den Transkriptionsrepressor Blimp-1. Wir haben herausgefunden, dass NFATc1 die Expression von Cxcr5 über die Bindung an Elemente innerhalb des Cxcr5-Promotors und -Enhancers in vitro transakiviert. Blimp-1 bindet an selbige Elemente und transaktiviert in Kooperation mit NFATc1 die Cxcr5-Expression, während es die Cxcr5- Expression alleine hemmt. In Tfr-Zellen supprimiert Blimp-1 die CXCR5-Expression in Abwesenheit von NFATc1. Blimp-1 beschränkt darüber hinaus das Vorkommen von Tfr-Zellen und spielt eine Rolle in der Effektorfunktion von Tfr-Zellen. Dies wird deutlich da das verstärkte Tfr-Zell-Vorkommen in Mäusen mit Blimp-1 defizienten Tregs nicht zu einer Reduktion der GCB-oder Tfh-Zellen führt. Der Verlust der Effektorfunktion akkumuliert in NFATc1 und Blimp-1 doppel-defizienten Tfr-Zellen, was sich in einem deutlichen Anstieg der Antikörpertiter im Serum immunisierter Tiere zeigt.
Zur Überprüfung der Funktion von NFATc1 in Tfr-Zellen untersuchten wir sowohl dessen Deletion, als auch die Überexpression einer konstitutiv aktiven Form von NFATc1/aA (caNFATc1/aA) in regulatorischen T-Zellen (Tregs). Letztere steigert die CXCR5- Expression pro Zelle ohne das Vorkommen von Tfh- oder Tfr-Zellen zu verändern. Jedoch führte die erhöhte Oberflächenexpression von CXCR5 zu einer verstärkten Migration der Tfr-Zellen in das GC, was in einer verstärkten Kontrolle der antigenspezifischen Antikörpertiter resultierte. Darüber hinaus erhöht caNFATc1/aA in Abhängigkeit von Blimp-1, die Expression der Gene Il1rn, Il10, Tigit und Ctla4, welche mit der Effektorfunktion von Tfr-Zellen assoziiert werden. Blimp-1 wirkt auf dem Hintergrund der Überexpression von NFATc1 vor allem regulierend auf die Expression von Chemokinrezeptorgenen.
Im Gegensatz zur Überexpression von caNFATc1/aA in Tregs allein, führt selbige Veränderung in allen T-Zellen zu einer deutlichen Reduktion des Vorkommens von Tfh- und GCB-Zellen nach Immunisierung. Dieser Effekt scheint durch konventionelle T-Zellen (Tcons) vermittelt zu sein und entsteht vermutlich durch eine erhöhte Sekretion von Interleukin-2 (IL-2) durch die caNFATc1/aA überexprimierenden Tcons. Dieses IL-2 scheint in seiner Menge nicht durch die vorliegenden Tfr-Zellen neutralisierbar zu sein und die Keimzentrumsreaktion (GCR) zu hemmen.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass NFATc1 und Blimp-1 kooperieren, um die Migration von Tfr-Zellen in das GC zu kontrollieren. Tfr-Zellen im GC sind in der Erfüllung ihrer ordnungsgemäßen Funktion abhängig von NFATc1 und Blimp-1. Die Überexpression von caNFATc1 in Tregs stärkt die Funktion von Tfr-Zellen in einer Blimp-1-abhängigen Weise, während die Überexpression von caNFATc1 in allen T-Zellen die GCR extrem minimiert.
KW  - Signaltransduktion
KW  - NFATc1
KW  - follikuläre regulatorische T-Zelle
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Blimp-1
KW  - CXCR5
KW  - germinal center
KW  - follicular regulatory T cell
KW  - Keimzentrumsreaktion
KW  - Zellmigration
KW  - Immunisierung
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-209727
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Barahona de Brito, Carlotta
A1  - Klein-Hessling, Stefan
A1  - Serfling, Edgar
A1  - Patra, Amiya Kumar
T1  - Hematopoietic stem and progenitor cell maintenance and multiple lineage differentiation is an integral function of NFATc1
JF  - Cells
N2  - Hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) maintenance and the differentiation of various lineages is a highly complex but precisely regulated process. Multiple signaling pathways and an array of transcription factors influence HSPC maintenance and the differentiation of individual lineages to constitute a functional hematopoietic system. Nuclear factor of activated T cell (NFAT) family transcription factors have been studied in the context of development and function of multiple mature hematopoietic lineage cells. However, until now their contribution in HSPC physiology and HSPC differentiation to multiple hematopoietic lineages has remained poorly understood. Here, we show that NFAT proteins, specifically NFATc1, play an indispensable role in the maintenance of HSPCs. In the absence of NFATc1, very few HSPCs develop in the bone marrow, which are functionally defective. In addition to HSPC maintenance, NFATc1 also critically regulates differentiation of lymphoid, myeloid, and erythroid lineage cells from HSPCs. Deficiency of NFATc1 strongly impaired, while enhanced NFATc1 activity augmented, the differentiation of these lineages, which further attested to the vital involvement of NFATc1 in regulating hematopoiesis. Hematopoietic defects due to lack of NFATc1 activity can lead to severe pathologies such as lymphopenia, myelopenia, and a drastically reduced lifespan underlining the critical role NFATc1 plays in HSPC maintenance and in the differentaion of various lineages. Our findings suggest that NFATc1 is a critical component of the myriad signaling and transcriptional regulators that are essential to maintain normal hematopoiesis.
KW  - hematopoiesis
KW  - HSC
KW  - lineage differentiation
KW  - NFATc1
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-278809
SN  - 2073-4409
VL  - 11
IS  - 13
ER  -