Physikochemische und biochemische Mechanismen in der Plasmamembran zur Kontrolle des Clusterverhaltens des T-Zell-Rezeptors

Abstract

Die Plasmamembran als Vermittlerin zwischen Zellinnerem und umgebender Umwelt ist eine wichtige Struktur der Zelle, deren Organisationsprinzipien nur ansatzweise verstanden sind. Membranproteine erfüllen essentielle Aufgaben der Plasmamembran und lagern sich dabei zu zweidimensionalen Komplexen mit intra- und extrazellulären Interaktionen zusammen.<br /> Ein Beispiel hierfür ist der T-Zell-Rezeptor, der eine Schlüsselrolle bei der T Zell-Aktivierung im adaptiven Immunsystem einnimmt. Er bildet Cluster mit variabler, aktivierungsabhängiger Größe aus und einige seiner Teile können an Lipide gebunden sein. Als Folge seiner Aktivierung finden massive Veränderungen in der Membran- und Zellarchitektur statt. Dies macht den TCR zu einem interessanten Modellprotein um die Organisationsprinzipien der Plasmamembran zu erforschen. <br /> Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit systematisch untersucht, welche Einflüsse beim TCR-Clustern in unterschiedlichen Aktivierungszuständen entscheidend sind. <br /> Abhängig vom Aktivierungszustand ist der TCR-Komplex hauptsächlich über seine konstitutive Komponente CD3ζ mit Interaktionspartnern assoziiert und bildet Mikrocluster aus. Deshalb wurde getestet welche Bedeutung die CD3ζ-Domänen für das TCR-Clusterverhalten haben. Weiterhin wurde der Einfluss von verschiedenen biochemischen und physikochemischen Parametern, wie die Glykolipidkonzentration innerhalb der Plasmamembran oder die Konzentration des <em>second messengers</em> Ca²⁺, auf das TCR-Verhalten untersucht. <br /> Dazu wurden verschiedene mikroskopische Techniken an ganzen Zellen wie auch an Plasmamembranpräparationen angewandt. In diesem Zusammenhang wurde ein biochemisches Werkzeug zur unmittelbaren und massiven Veränderung des Glykolipidspiegels von nativen Plasmamembranpräparationen entwickelt. Desweiteren wurden ein <em>Supported-Lipid-Bilayer</em>-System als dynamische, aktivierende Oberfläche zur T-Zell-Aktivierung etabliert. <br /> Die vorgenommenen Untersuchungen zeigten eine ITAM-unabhängige Ausbildung von Nano- und Mikroclustern, geringe Reduktion des TCR-Clustergrades bei verringertem Glykolipidspiegel und keinen Einfluss erhöhter Ca²⁺-Konzentration auf die TCR-Cluster. Dabei war die Reduktion bei vermindertem Glykolipidspiegel wahrscheinlich eher auf eine allgemeine Veränderungen der biochemischen Eigenschaften der Plasmamembran zurück zu führen als auf eine aktive, unmittelbar Wirkung auf den TCR. Durch das Ausbleiben eines Ca²⁺-Effektes auf den TCR konnte die Akkumulation negativer Ladungen als größenbeschränkender Faktor für TCR-Cluster ausgeschlossen werden, da die Beschränkung durch die Ca²⁺-Ionen aufgehoben worden wären. <br /> Die Studien zum extrazellulären Teil von CD3ζ wiesen nach, dass trotz hoher Konservierung der Aminosäureabfolge, nur die Länge des Peptids Einfluss auf die Lokalisierung des TCR hat. Die Internalisierung der extrazellulär-deletierten CD3ζ-Mutanten deutete darauf hin, dass eine dominante CD3ζ-Mutante vorlag, die zur konstitutiven T-Zell-Aktivierung führte. Durch das Fehlen der extrazellulären CD3ζ-Domäne kam es zur Konformationsänderung im TCR wie sonst durch Bindung eines Liganden (Modell der Kraft-induzierten Konformationsänderung (van der Merwe & Dushek 2011; Blanco & Alarcón 2012)). Dies führte zur Aktivierung der T-Zelle und resultierte in einer Internalisierung des Rezeptors. Als Fazit ist zu sagen, dass das TCR-Clustern robust gegenüber äußeren biochemischen und physikochemischen Einflüssen ist und vielmehr durch konformationsabhängige spezifische Protein-Protein-Wechselwirkungen reguliert wird.