Bedeutung von Cytohesin-3 in der Signaltransduktions-Kontrolle der T-Zellaktivierung

Abstract

Für die Vermeidung von Autoimmunreaktionen ist die Fähigkeit des Immunsystems zur Unterscheidung zwischen körpereigenen und körperfremden Strukturen von zentraler Bedeutung. Diese Fähigkeit wird als immunologische Toleranz bezeichnet und beruht unter anderem auf den Mechanismen der Anergie. T-Zell Anergie ist ein zellulärer Zustand in dem T-Zellen nicht mehr in der Lage sind nach Restimulation den autokrinen Wachstumsfaktor IL-2 zu synthetisieren, zu proliferieren oder Effektorfunktionen auszubilden. Für die Induktion eines anergen T-Zellphänotyps ist die Stimulation der inhibitorischen Oberflächenmoleküle CTLA-4 und PD-1 essentiell. Die molekularen Vorgänge, die durch eine PD-1 Stimulation ausgelöst werden und zu eine anergen Zustand der T-Zellen führen, sind jedoch nur unvollständig verstanden.<br /> In dieser Arbeit wird erstmals eine Beteiligung von Cytohesin-3 an den Prozessen der T-Zell Anergie gezeigt. Die homologe Familie der Cytohesine ist überwiegend als GDP/GTP Austauschfaktoren für ARFs charakterisiert, die außerdem an der Regulation der LFA-1 vermittelten Adhäsion von Lymphozyten beteiligt sind. Mit Hilfe eines antigenbasierten <i>ex-vivo</i> Toleranz-Modells konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Cytohesin-3 in anergen und aktivierten T-Zellen differentiell exprimiert wird. Die verstärkte Cytohesin-3 Expression in anergen T-Zellen ist dabei von der Stimulation des inhibitorischen Oberflächenmoleküles PD-1 durch seinen Liganden B7-H1 abhängig. Weitere Experimente bewiesen, dass die Cytohesin-3 Expressionshöhe direkt von der PI3-Kinase Aktivität und dem Transkriptionsfaktor FoxO-1 kontrolliert wird.<br /> Darüber hinaus konnte sowohl in einem murinen als auch in einem humanen Zellsystem Cytohesin-3 als ein Repressor der IL-2 Synthese identifiziert werden. Überraschenderweise zeigte sich, dass das homologe Protein Cytohesin-1 ein positiv regulatorisches Element der IL-2 Synthese und damit der T-Zellaktivierung ist. Beide Cytohesine modulieren die Aktivität des IL-2 Promotors über die Transkriptionsfaktoren AP-1 und NFkappaB, wohingegen die Ca²+Mobilisation durch die Cytohesine nicht beeinflusst wird. Für die antagonistischen Effekte von Cytohesin-1 und Cytohesin-3 auf die Aktivität des IL-2 Promotors sind sowohl der Phosphorylierungsstatus als auch die Affinität der Cytohesine für das Phospholipid PIP3 ausschlaggebend. Cytohesin-1 kann nach Stimulation der Zelle durch Mitglieder der nPKCs phosphoryliert werden, während Cytohesin-3 keine Phosphorylierungsstellen aufweist. Der Verlust der Phosphorylierungsstellen von Cytohesin-1 führt zu einem Abbruch der IL-2 Promotoraktivität und entspricht damit dem inhibitorischen Effekt von Cytohesin-3 auf die Aktivität des IL-2 Promotors. Die Affinität der Cytohesine zu den Phospholipiden PIP2 und PIP3 wird durch Di- bzw. Tri-Glyzinmotive determiniert. Es konnte gezeigt werden, dass Cytohesin-3 in den untersuchten T-Zellen ausschließlich als Di-Glyzin Variante exprimiert wird, die eine höhere Affinität zu PIP3 als zu PIP2 aufweist. Cytohesin-1 dagegen konnte nur mit einem Tri-Glyzin Motiv nachgewiesen werden, dass eine vergleichsweise geringere Affinität zu PIP3 hat.<br /> Das aus diesen Daten entwickelte Modell zur Funktionsweise der Cytohesine sieht eine Kompetition von Cytohesin-1 mit Cytohesin-3 um PIP3 Bindungstellen vor. Eine Verdrängung des phosphorylierbaren Cytohesin-1 durch das nicht-phosphorylierbare Cytohesin-3 von PIP3 Bindungstellen führt demnach durch die Inhibition der AP-1 und NFkappaB Transkriptionsfaktoren zu einem Abbruch der T-Zellsignalkaskade. Das in anergen T-Zellen verstärkt exprimierte Cytohesin-3 agiert somit als eine funktionsunfähige Cytohesin-1-Protein-Attrappe, die eine Synthese von IL-2 unterbindet. Damit ist in dieser Arbeit erstmals ein Modell der PD-1 regulierten Anergie-Induktion in T-Zellen vorgeschlagen, das auf der antagonistischen Regulation des IL-2 Promotors durch die homologen Proteine Cytohesin-1 und Cytohesin-3 beruht.