Lena Collenburg

• Previous work of our group has established a role of sphingomyelinases in the regulation of T cell responses to TCR or pathogen stimulation, and this became particularly evident at the level of actin cytoskeletal dynamics. The formation of lipid membrane microdomains is crucial for receptor clustering and signal induction, and therefore, ceramide accumulation by membrane sphingomyelin breakdown is needed for signalling- complex-assembly. Pathogen-induced overshooting of SMase activation substantially impacted the formation of membranePrevious work of our group has established a role of sphingomyelinases in the regulation of T cell responses to TCR or pathogen stimulation, and this became particularly evident at the level of actin cytoskeletal dynamics. The formation of lipid membrane microdomains is crucial for receptor clustering and signal induction, and therefore, ceramide accumulation by membrane sphingomyelin breakdown is needed for signalling- complex-assembly. Pathogen-induced overshooting of SMase activation substantially impacted the formation of membrane protrusions, with T cell spreading as well as a front/rear polarisation upon CD3/CD28 co-stimulation [103]. On the other hand, NSM activation is part of the physiological TCR signal [67], indicating that a spatiotemporally balanced NSM activation is crucial for its physiological function. It involves actin cytoskeletal reorganisation and T cell polarisation. These two functions are also of central importance in directional T cell migration and motility in tissues. This thesis aims on defining the role of NSM in compartmentalisation of the T cell membrane in polarisation and migration. Therefore, functional studies on the impact of NSM activity in these processes had to be complemented by the development of tools to study ceramide compartmentalisation in living T cells.…
• Sphingolipide sind wichtige Komponenten der Plasmamembran, und besonders Ceramid stellt das Grundgerüst für komplexere Sphingolipide dar. Darüber hinaus bildet Ceramid Mikrodomänen aus, die für die Organisation von Rezeptoren, z. B. dem T-Zell-Rezeptorkomplex entscheidend sind und somit die Funktion von T-Zellen beeinflussen. In dieser Arbeit wurden neue azid-funktionalisierte Ceramide angewendet, die durch eine bio-orthogonale Click-Reaktion mit fluoreszenten Farbstoffmolekülen kovalent verbunden werden können. Dies ermöglicht dieSphingolipide sind wichtige Komponenten der Plasmamembran, und besonders Ceramid stellt das Grundgerüst für komplexere Sphingolipide dar. Darüber hinaus bildet Ceramid Mikrodomänen aus, die für die Organisation von Rezeptoren, z. B. dem T-Zell-Rezeptorkomplex entscheidend sind und somit die Funktion von T-Zellen beeinflussen. In dieser Arbeit wurden neue azid-funktionalisierte Ceramide angewendet, die durch eine bio-orthogonale Click-Reaktion mit fluoreszenten Farbstoffmolekülen kovalent verbunden werden können. Dies ermöglicht die live-Verfolgung der Ceramide durch lebende und auch stimulierte Zellen, da die Aktivierbarkeit von T-Zellen durch die Zufütterung nicht beeinflusst wurde. Es konnte gezeigt werden, dass N\(_3\)-C\(_6\)-cer in die Plasmamembran interkaliert und sich in Mikrodomänen, die durch eine Aktivierung der ASM nach CD28 Bindung entstehen, bewegt. Darüber hinaus wurde N\(_3\)-C\(_6\)-cer aus dem Zentrum der immunologischen Synapse zwischen T-Zellen und dendritischen Zellen oder Mikrokügelchen ausgeschlossen, wie zuvor in fixierten und mit Antikörper gefärbten T-Zellen gezeigt wurde. In migrierenden T-Zellen sammelte sich das N\(_3\)-C\(_6\)-cer am hinteren Ende der Zelle und beeinflusste die Bewegung der Zellen nicht. Dies unterstreicht die Anwendbarkeit dieser neuen Methode, um die subzelluläre Verteilung von Ceramiden in Lebendzell-Experimenten zu untersuchen. Sphingomyelinasen beeinflussen durch ihre Funktion die Verhältnisse von Sphingolipiden in der Plasmamembran und haben so Einfluss auf die Zytoskelettdynamik, die Zellpolarisation und die Rezeptororganisation. Es wurde bereits zuvor gezeigt, dass die neutrale Sphingomyelinase wichtig ist für die T-Zellaktivierung. Nun wurde darüber hinaus ihre Rolle in der gerichteten Migration und Adhäsion dargestellt. In vivo Hemmung der NSM reduzierte die frühe Wanderung von T-Zellen in die Lymphknoten, und detaillierte in vitro Analysen zeigten, dass die basale Aktivität der neutralen Sphingomyelinase für die gerichtete Migration entlang eines SDF-1\(\alpha\)-Gradienten notwendig ist. Darüber hinaus ist ihre Funktion wichtig für die T-Zell Polarisierung und hier besonders die Organisation von CXCR4 und pERM. Außerdem spielt die neutralen Sphingomyelinase eine Rolle in der Polymerisierung von F-Aktin nach einer Stimulation der T-Zellen mit SDF-1\(\alpha\). Auch die Adhäsion an das TNF\(\alpha\)/IFN\(\gamma\)-stimulierte Endothel sowie die Ausbildung und Organisation der offenen Form von LFA-1 hängen von der neutralen Sphingomyelinase ab. Für den Prozess der Transmigration war im Gegensatz hierzu nur die Funktion der sauren Sphingomyelinase von Bedeutung. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit die zentrale Rolle der Sphingomyelinasen für die T-Zell-Migration im ruhenden und stimulierten Zustand gezeigt werden. Die neutrale Sphingomyelinase reguliert die polarisierte Organisation von Rezeptoren und Zytoskelett-Komponenten, welche für eine gerichtete Migration und Adhäsion unabdingbar sind.…