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
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TY  - THES
A1  - Eckert, Ina-Nathalie
T1  - Molecular markers of myeloid-derived suppressor cells and their functional role for homing and in disease models in mice
T1  - Molekulare Marker von myeloiden Suppressorzellen und ihre funktionelle Rolle für deren zielgerichtete Migration und bei Krankheitsmodellen in Mäusen
N2  - MDSCs are suppressive immune cells with a high relevance in various pathologies including cancer, autoimmunity, and chronic infections. Surface marker expression of MDSCs resembles monocytes and neutrophils which have immunostimulatory functions instead of suppressing T cells. Therefore, finding specific surface markers for MDSCs is important for MDSC research and therapeutic MDSC manipulation. In this study, we analyzed if the integrin VLA-1 has the potential as a novel MDSC marker. VLA-1 was expressed by M-MDSCs but not by G-MDSCs as well as by Teff cells. VLA-1 deficiency did not impact iNOS expression, the distribution of M-MDSC and G-MDSC subsets, and the suppressive capacity of MDSCs towards naïve and Teff cells in vitro. In mice, VLA-1 had no effect on the homing capability of MDSCs to the spleen, which is a major reservoir for MDSCs. Since the splenic red pulp contains collagen IV and VLA-1 binds collagen IV with a high affinity, we found MDSCs and Teff cells in this area as expected. We showed that T cell suppression in the spleen, indicated by reduced T cell recovery and proliferation as well as increased apoptosis and cell death, partially depended on VLA-1 expression by the MDSCs. In a mouse model of multiple sclerosis, MDSC injection prior to disease onset led to a decrease of the disease score, and this effect was significantly reduced when MDSCs were VLA-1 deficient. The expression of Sema7A by Teff cells, a ligand for VLA-1 which is implicated in negative T cell regulation, resulted in a slightly stronger Teff cell suppression by MDSCs compared to Sema7A deficient T cells. Live cell imaging and intravital 2-photon microscopy showed that the interaction time of MDSCs and Teff cells was shorter when MDSCs lacked VLA 1 expression, however VLA-1 expression had no impact on MDSC mobility. Therefore, the VLA-1-dependent interaction of MDSC and Teff cells on collagen IV in the splenic red pulp is implicated MDSC-mediated Teff cell suppression.
N2  - MDSCs sind suppressive Immunzellen mit hoher Relevanz bei verschiedenen Krankheiten, einschließlich Krebs, Autoimmunerkrankungen und chronischen Infektionen. Die Expression der Oberflächenmarker von MDSCs ähnelt Monozyten und Neutrophilen, welche im Gegensatz zu MDSCs immunstimulatorische Funktionen haben. Daher es wichtig für die Forschung und die therapeutische Manipulation von MDSCs, spezifische Oberflächenmarker für MDSCs zu identifizieren. In dieser Studie haben wir analysiert, ob das Integrin VLA-1 das ein möglicher neuer MDSC-Marker ist.
Effektor-T-Zellen und M-MDSCs, aber nicht G-MDSCs exprimierten VLA-1. VLA-1-Defizienz hatte keinen Einfluss auf die iNOS-Expression, die Verteilung der M-MDSC- und G-MDSC-Subpopulationen und die suppressive Kapazität von MDSCs gegenüber naiven und Effektor-T-Zellen in vitro. In Mäusen hatte VLA-1 keinen Einfluss auf die Fähigkeit zur zielgerichteten Migration von MDSCs zur Milz, welche ein wichtiges Reservoir für MDSCs ist. Da die rote Pulpa der Milz Kollagen IV enthält und VLA-1 Kollagen IV mit hoher Affinität bindet, fanden wir wie erwartet MDSCs und Effektor-T-Zellen in diesem Bereich. Wir konnten zeigen, dass die T Zell-Suppression in der Milz, indiziert durch verringerte T-Zell-Wiederfindung und  Proliferation sowie erhöhte Apoptose und Zelltod, teilweise von der VLA 1-Expression von MDSCs abhing. In einem Mausmodell für Multiple Sklerose führte die MDSC-Injektion vor Induktion der Krankheit zu einer Verringerung des Krankheits-Scores, und dieser Effekt war signifikant verringert, wenn MDSCs VLA-1-defizient waren. Die Expression von Sema7A durch Effektor-T-Zellen, ein Ligand für VLA-1, der mit negativer T Zell-Regulierung assoziiert ist, führte zu einer etwas stärkeren Effektor-T-Zell-Suppression durch MDSCs im Vergleich zu Sema7A-defizienten T-Zellen. Live-Cell-Imaging und intravitale 2-Photonen-Mikroskopie zeigten eine kürzere Interaktionszeit von MDSCs und Effektor-T-Zellen bei VLA-1 defizienten MDSCs, jedoch hatte die VLA-1-Expression keinen Einfluss auf die MDSC-Mobilität. Die Verwendung von VLA-1 bei der Identifizierungsstrategie von in vitro generierten MDSCs führte zu einer reineren Trennung von iNOS+ und Arg1+ Zellen von Zellen ohne Expression von Suppressormarkern. In Brusttumor-tragenden Mäusen und BCG-infizierten Mäusen, welche etablierte Modelle für die MDSC-Generierung in vivo sind, wurde VLA-1 nicht von endogenen MDSCs hochreguliert, daher ist VLA-1 möglicherweise kein geeigneter MDSC Marker in vivo. In BCG-infizierten Mäusen fanden wir CD16.2 (FcγRIV), welcher möglicherweise an der MDSC-vermittelten Immunsuppression beteiligt ist, in M-MDSCs und G-MDSCs hochreguliert, daher könnte CD16.2 ein neuer potenzieller MDSC-Marker in vivo sein. Die Analyse veröffentlichter RNA-Sequenzierungs- und Proteomikdaten von MDSCs ergab Markerkandidaten, die von MDSCs hochreguliert wurden, einschließlich VCAN und FCN1.
KW  - Immunologie
KW  - Immunsuppression
KW  - Maus
KW  - Myeloid-derived suppressor cells
KW  - Integrin
KW  - VLA-1
KW  - Homing
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-319974
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TY  - THES
A1  - Rombach [geb. Grosso], Franziska
T1  - Der Interaktionsrezeptor des Masernvirus auf hämatopoetischen Zellen
T1  - The Measles Virus´ Interaction Receptor on Hematopoietic Cells
N2  - Das Masernvirus (MV) kann in Erkrankten eine schwere, langanhaltende Immunsuppression verursachen, wodurch Infektionen mit opportunistischen Pathogenen begünstigt werden. Diese basiert auf einer Paralyse der hämatopoetischen Zellen, welche das Virus durch Kontakt eines viralen Glykoproteinkomplexes zu einem unbekannten RezeptorX auf der Zell- Oberfläche induzieren kann. Kerncharakterisitika hiervon sind unter anderem die Herabregulation der Akt-Kinase-Phosphorylierung, die Inhibition der zellulären Proliferation und die Aktivierung der neutralen Sphingomyelinase 2 (NSM2).
In einem kinetischen Phosphoproteom konnten zwei potentielle Interaktionsrezeptoren des MV identifiziert werden: CD43 und P2X3. Das hochglykosylierte Oberflächenmolekül CD43 ist auf hämatopoetischen Zellen ubiquitär exprimiert und reguliert in T-Zellen deren Überleben, Proliferation, Aktivierung, Migration und Adhäsion. P2X3 wird in hämatopoetischen Zellen nur in geringem Maße exprimiert. Seine funktionelle Bedeutung ist in diesem Kompartiment nicht bekannt. Beide Kandidaten wurden mittels CRISPR/Cas9 Verfahren einzeln oder kombiniert aus Jurkat-T-Zellen ablatiert, welche nachfolgend nach MV-Kontakt hinsichtlich der oben erwähnten MV-modulierten Parameter getestet wurden. Zusätzlich wurden iso- und allosterische P2X3-Inhibitoren an primären und Jurkat-T-Zellen verwendet, um dessen Rolle in Ca2+-Mobilisierung und Proliferation nach T-Zell-Rezeptor Co-Stimulation zu analysieren.
Die genetische Depletion beider Rezeptor-Kandidaten verringerte die Effekte des MV auf alle getesteten Parameter signifikant, was darauf hindeutet, dass beide Proteine entscheidend an der T-Zell-Suppression beteiligt sind. Während die isosterische Inhibition von P2X3 keinen Effekt hatte, wurde die Proliferation primärer T-Zellen durch dessen allosterische Inhibition vor Co-Stimulation fast verdoppelt und die Effizienz der Ca2+-Mobilisierung in Jurkat- und primären T-Zellen signifikant erhöht. In P2X3-depletierten Jurkat-Zellen hingegen war die Ca2+-Mobilisierung nach Stimulation signifikant geringer als in WT-Zellen.
In dieser Arbeit konnten zwei wichtige Mediatoren der MV induzierten T-Zell-Suppression identifiziert werden. Vor allem P2X3, dessen Expression, Regulation und funktionelle Bedeutung im hämatopoetischen Kompartiment noch nicht erforscht wurde, könnte ein vielversprechender Kandidat für eine antivirale Therapie darstellen, da ein klinisch getesteter P2X3-Inhibitor bereits verfügbar ist.
N2  - Measles virus (MV) infection induces a severe and long-lasting immunosuppression in patients resulting in infections through opportunistic pathogens. T cell paralysis is a major contributor to MV induced immunosuppression. This can be achieved through contact of a viral glycoprotein complex with an uncharacterized receptor X on the surface of hematopoietic cells. Contact-mediated downregulation of Akt-kinase phosphorylation, inhibition of proliferation and activation the neutral spingomyelinase 2 (NSM2) are key characteristics of T cell inhibition in vitro. 
Using a kinetic phosphoproteomic approach, two potential interaction receptor candidates were identified: CD43 and P2X3 receptor. The highly glycosylated surface protein CD43 is ubiquitously expressed on hematopoietic cells and is known to regulate T cell survival, proliferation, activation, migration and adhesion. The expression of P2X3 in this compartment is low and its functional importance unknown. It is widely expressed in neuronal cells where it is a major effector in the pathogenesis of chronic neuropathic pain. Using the CRISPR/Cas9 method both candidates were knocked down singly or combined in Jurkat T cells. Cells were then tested for the MV modulated parameters mentioned above upon MV challenge. In addition to that, iso- and allosteric functional inhibitors for P2X3 were employed on primary and Jurkat T cells to determine its role in calcium influx and proliferation after T cell receptor stimulation. 
The knockdown of both CD43 and P2X3 significantly decreased MV effects on all analyzed parameters (Akt-kinase phosphorylation, proliferation, NSM2 activation) indicating that both proteins play a major role in MV-induced T cell suppression. While isosteric inhibition of receptor P2X3 had no effect, its allosteric inhibition prior to stimulation increased proliferation of primary T cells almost twofold and significantly increased Ca2+ influx in Jurkat cells and primary T cells. In contrast, genetic depletion of P2X3 significantly reduced calcium influx after stimulation as compared to wildtype cells. 
In this study two important mediators of MV induced T cell suppression were identified. Amongst those, P2X3 whose expression, regulation and functional importance in the hematopoietic compartment has not been investigated yet, may represent a promising candidate for anti-viral therapy due to the existence of a clinically tested inhibitor.
KW  - Masernvirus
KW  - Immunsuppression
KW  - JURKAT-Zelle
KW  - T-Zellen
KW  - Interaktionsrezeptor
KW  - T-Lymphozyt
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-353394
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