Cytohesin-3 und sein Interaktionspartner Arl4d regulieren die T-Zellvermittelte Immunität gegen virale Infektionen durch Beeinflussung der IL-2 Produktion

Abstract

Die Regulation der Aktivität des Immunsystems ist ein essentieller Bestandteil einer erfolgreichen Abwehr von Pathogenen durch unseren Körper. Sowohl die Aktivierung des Immunsystems als auch das Herunterfahren von Immunantworten nach erfolgreicher Bekämpfung von eindringenden Pathogenen sind Prozesse, die durch eine Vielzahl von Signalproteinen reguliert werden. Innerhalb der vorliegenden Arbeit, die einen Einblick über die Funktionen des Guanin-Nukleotid-Austauschfaktors Cytohesin-3 und des Arf-like Proteins Arl4d in T-Zellen liefern sollte, entdeckten wir, dass Cytohesin-3 und Arl4d zwei Proteine mit suppressiven Eigenschaften sind, die maßgeblich die Aktivität von T-Zellen beeinflussen. Aufbauend auf der Arbeit von Dr. Bianca Paul konnten wir in Zusammenarbeit mit Prof. Linda Diehl feststellen, dass Cytohesin-3 und Arl4d sowohl auf der Protein- als auch auf mRNA-Ebene in aktivierten bzw. DC-stimulierten T-Zellen stark herunterreguliert sind. Im Gegensatz dazu ist die Cytohesin-3- und Arl4d-Protein- und mRNA-Expression in anergen bzw. LSEC-stimulierten T-Zellen stark hochreguliert. Entscheidend für die Induktion der Expression von Cytohesin-3 und Arl4d ist der PD-1-Signalweg. Wird dieser blockiert, wird sowohl die Cytohesin-3- als auch die Arl4d-Expression nicht hochreguliert. Obwohl die meisten Experimente dieser Arbeit im murinen System durchgeführt wurden, konnten wir auch in stimulierten humanen T-Zellen feststellen, dass die Cytohesin-3- und Arl4d-Expression stark herunterreguliert wird und damit bestätigen, dass Daten, die wir im murinen System sammeln, auch für das Verständnis der Funktion von Cytohesin-3 im Menschen relevant sind. Durch unsere Interaktionsstudien konnten wir nachweisen, dass Arl4d ein Interaktionspartner von Cytohesin-3 ist. Da die Expression beider Proteine während der T-Zellaktivierung und -anergisierung spezifisch reguliert werden, gingen wir davon aus, dass sie einen Effekt auf den TCR-Signalweg haben, für dessen Untersuchung wir Mäuse verwendet haben, die defizient für das entsprechende Gen sind. Wir konnten in vitro nachweisen, dass die Defizienz von Cytohesin-3 und Arl4d in T-Zellen zu einer gesteigerten Produktion von IL-2 und proinflammatorischen Cytokinen führt. Auch für die Zellen eines in vivo Infektionsexperimentes konnten wir nachweisen, dass sie verstärkt IL-2 produzieren und sich aufgrund dessen verstärkt zu SLECS (short-lived effector cells) differenzieren. Weiterhin konnten wir feststellen, dass die zelluläre Immunantwort von Cyth3 -/- oder Arl4d -/- T-Zellen im Vergleich zu den wt Kontrollen wesentlich stärker ausgeprägt ist. Dies ließ sich durch die Tatsache begründen, dass wir identifizieren konnten, dass sowohl Cyth3 -/- als auch Arl4d -/- T-Zellen eine verstärkte Proliferationsrate aufweisen. Im nächsten Schritt untersuchten wir, über welche Signalproteine Cytohesin-3 und Arl4d Einfluss auf den TCR-Signalweg nehmen, was sich wiederum in der veränderten IL-2 Produktion und Proliferation auswirkt. Unsere Daten implizieren, dass sowohl die Aktivität von Akt als auch der MAP-Kinase Erk, die Teil des TCR-Signalweges sind, in aktivierten und anergen T-Zellen unterschiedlich reguliert sind. Dr. Jessica Grell konnte bereits in ihren Experimenten zeigen, dass Cytohesin-3 die Aktivität von Erk beeinflusst. Zusätzlich belegten unsere Experimente, dass die Überexpression von Cytohesin-3- und Arl4d-Konstrukten zu einer Verringerung der Phosphorylierung von Akt in T-Zellen führt. Übereinstimmend mit diesen Experimenten fanden wir eine verstärkte Phosphorylierung von Akt in stimulierten Arl4d -/- T-Zellen. Dies bedeutet, dass Cytohesin-3 und Arl4d über die Regulierung der Aktivierung bzw. Phosphorylierung von Akt und Erk den TCR-Signalweg beeinflussen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich bei Cytohesin-3 und Arl4d um zwei negative Signalfaktoren handelt, die die Cytokin-Produktion regulieren, was wiederum Einfluss auf die Proliferation und damit die zelluläre Immunantwort von T-Zellen hat. Sie stellen damit potentiell zwei neue Ziele für pharmakologische Untersuchungen dar, die das Ziel haben, Medikamente zur Kontrolle der Aktivität des Immunsystems zu finden.