Shaoxian Yang

• In this thesis we have investigated the effect of NFAT (Nuclear Factor of Activated T Cell) transcription factors on the expression of Rag-(Recombination Activating Genes) genes in murine thymus. The protein products of Rag genes, RAG1 and RAG2, are critical for the recombination and generation of the TCR (T Cell Receptor) repertoire during thymocyte development, and their expression can be suppressed by the activity of NFAT factors. In thymus, the expression of Rag1 and Rag2 genes is induced at the double-negative (DN, CD4-8-) 3 stage,In this thesis we have investigated the effect of NFAT (Nuclear Factor of Activated T Cell) transcription factors on the expression of Rag-(Recombination Activating Genes) genes in murine thymus. The protein products of Rag genes, RAG1 and RAG2, are critical for the recombination and generation of the TCR (T Cell Receptor) repertoire during thymocyte development, and their expression can be suppressed by the activity of NFAT factors. In thymus, the expression of Rag1 and Rag2 genes is induced at the double-negative (DN, CD4-8-) 3 stage, down-regulated at the DN4 stage, re-induced at the double-positive (DP, CD4+8+) stage, and suppressed again at the single-positive (SP, CD4+8- or CD4-8+) stage. Although it is known that TCR signaling suppresses the expression of Rag1 and Rag2 at the SP stage, the signals that mediate the Rag gene down-reulation remain elusive. Here we report that both the calcineurin-NFAT-signaling and MAPKinase signaling pathways, which are activated by TCR signaling during positive selection, mediate the Rag gene down-regulation in DP thymocytes. The calcineurin-NFAT pathway suppresses both the Rag1 and the Rag2 gene expression. This pathway has a stronger suppressive effect on the Rag1 than the Rag2 gene. A synergistic activity between the two NFAT factors NFATc2 and NFATc3 is essential for calcineurin-NFAT signaling to efficiently suppress the Rag gene expression in DP thymocytes. It is likely that the calcineurin-NFAT signaling down-regulates Rag gene expression by suppressing both the Rag anti-silencer element (ASE) activity and the Rag promoter activity. Similarly, MEK-ERK signaling of MAPK signaling pathway mediates the Rag gene suppression in DP thymocytes although the mechanism through which MEK-ERK mediates the Rag gene down-regulation has to be elucidated. In DN thymocytes, it appears that neither the calcineurin-NFAT signaling nor MAPK signaling is involved in the Rag gene down-regulation. However, a role for these two signaling pathways in the Rag gene up-regulation in DN thymocytes is not excluded. In DN thymocytes, pre-TCR signaling stimulates the expression both Nfatc1 and Nfatc2 genes but has no effect on Nfatc3 gene expression. In DN thymocytes, pre-TCR signaling activates Nfatc1α expression but not Nfatc1ß expression, i.e. the two promoters controling Nfatc1 gene xpression are differently controled by pre-TCR signals. Nfatc1α gene expression in DN thymocytes is mainly regulated by the MAPK signaling pathway because activation of Nfatc1α is mediated by MEK-ERK signaling but opposed by JNK signaling. Calcineuirn-NFAT and p38 signaling pathways are not involved in Nfatc1α promoter regulation in DN thymocytes. In DP thymocytes, TCR signaling up-regulates Nfatc1 and Nfatc2 expression but down-regulates Nfatc3 expression. In DP thymocytes, TCR signaling activates Nfatc1α expression. The activation of Nfatc1α in DP thymocytes is mediated by NFATc1, but not or to a less degree by NFATc2 and NFATc3. MEK-ERK, JNK, and p38 signaling pathways are involved in Nfatc1α gene activation in DP thymocytes, probably by activating NFAT trans-activation activity. All these findings illustrate that in thymocytes the expression of NFAT transcription factors – which are essential for thymic development - is controled at multiple levels.…
• Wir haben in den experimentellen Arbeiten zu dieser Dissertation den Effekt der NFAT (Nuclear Factor of Activated T Cell)-Transkriptionsfaktoren auf die Expression der Rag (Recombination Activating)-Gene im Thymus der Maus untersucht. Die Proteine der beiden Rag-Gene, RAG1 und RAG2, sind entscheidend für die Bildung des TCR (T Zell-Rezeptor)-Repertoires, und ihre Expression wird durch die NFATs supprimiert. Während der Thymozyten-Entwicklung wird die Expression der Rag1- und Rag2-Gene in DN (double negative, CD4-8-) 3-Thymozyten induziert, inWir haben in den experimentellen Arbeiten zu dieser Dissertation den Effekt der NFAT (Nuclear Factor of Activated T Cell)-Transkriptionsfaktoren auf die Expression der Rag (Recombination Activating)-Gene im Thymus der Maus untersucht. Die Proteine der beiden Rag-Gene, RAG1 und RAG2, sind entscheidend für die Bildung des TCR (T Zell-Rezeptor)-Repertoires, und ihre Expression wird durch die NFATs supprimiert. Während der Thymozyten-Entwicklung wird die Expression der Rag1- und Rag2-Gene in DN (double negative, CD4-8-) 3-Thymozyten induziert, in DN4-Thymozyten „herunterreguliert“, re-induziert in DP (double positive, CD4+8+)-Thymozyten und supprimiert in SP (single positive, CD4+8- oder CD4-8+) Thymozyten. Obwohl bekannt ist, dass der TCR-Signalweg die Expression von Rag1 und Rag2 in SP-Thymozyten supprimiert, sind die daran beteiligten Signale weitgehend unbekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass sowohl der Calcineurin-NFAT-Signalweg als auch der MAP Kinase-Signalweg die Rag-Gen- „Herunterregulierung“ in DP-Thymozyten vermitteln. Beide Wege werden über TCR-Signale während der positiven Selektion aktiviert. Der Calcineurin-NFAT-Signalweg supprimiert die Genexpression von Rag1 und Rag2, wobei Rag1 stärker betroffen ist. Dabei ist eine synergistische Aktiviät zwischen den beiden NFAT-Transkriptionsfaktoren NFATc2 und NFATc3 im Calcineurin-NFAT-Signalweg notwendig, um die Rag Genexpression in DP Thymozyten „herunterzuregulieren“. Der Calcineurin-NFAT-Signalweg reguliert offensichtlich die Rag-Genexpression durch eine Unterdrückung der Rag anti-silencer-element-(ASE)-Aktivität und der Rag-Promotoraktivität. Auch die MEK-ERK-Signalkaskade des MAPK-Signalwegs ist an der Suppression des Rag- Gens in DP Thymozyten beteiligt, wobei der Mechanismus zu untersuchen bleibt. In DN-Thymozyten hingegen scheinen weder der Calcineurin-NFAT-Signalweg noch der MAPK-Signalweg an der Hemmung der Rag-Genaktivität beteiligt zu sein. Eine Beteiligung dieser beiden Signalwege bei der Rag-Gen-Aktivierung in DN-Thymozyten kann hingegen nicht ausgeschlossen werden. In DN-Thymozyten regulieren Prä-TCR-Signale eine stärkere Expression der beiden NFAT-Faktoren Nfatc1 und Nfatc2, wohingegen Nfatc3 unbeeinflusst bleibt. In DN-Thymozyten aktivieren die Prä-TCR-Signale die Expression von Nfatc1α, aber nicht von Nfatc1ß. Die Nfatc1α Genexpression wird vermutlich hauptsächlich über den MAPK-Signalweg reguliert, da eine Aktivierung von Nfatc1α über MEK-ERK Signale vermittelt wird und JNK Signale gegensätzlich wirken. Der Calcineurin-NFAT- und der p38-Signalweg spielen keine Rolle bei der Regulation von Nfatc1α in DN-Thymozyten. In DP-Thymozyten erfolgt durch TCR-Signale eine Aktivierung der Nfatc1- und Nfatc2- sowie eine Represson der Nfatc3-Genexpression. In DP-Thymozyten aktivieren die TCR-Signale die Nfatc1α Expression. Die Aktivierung von Nfatc1α in DP Thymozyten wird über NFATc1 autoreguliert. NFATc2 und NFATc3 sind daran wenig oder gar nicht beteiligt. Hingegen sind MEK-ERK-, JNK- und p38-Signalwege bei der Nfatc1α−Genaktivierung in DP-Thymozyten - wahrscheinlich durch die Aktivierung der NFAT Transaktivierungsaktivität - beteiligt. All diese Daten zeigen, dass die NFAT-Transkriptonsfaktoren einer komplexen Regulation in Thymozyten unterzogen sind, deren Entwicklung sie andererseits – wie z.B. durch die Suppression der Rag-Gene – maßgeblich beeinflussen.…