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Studies on the apoptosis of regulatory T cells in vitro and in vivo

Weiß, Eva-Maria

German Title: Studien zur Apoptose regulatorischer T-Zellen in vitro und in vivo

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Abstract

CD4+CD25++Foxp3+ regulatorische T-Zellen (engl. Treg) kontrollieren selbstreaktive konventionelle T-Zellen (engl. Tcon) und andere Zellarten und Erhalten dadurch die periphere Toleranz. Demzufolge kann ein Ungleichgewicht hinsichtlich Quantität oder Qualitiät der Treg-vermittelten Hemmung zu verschiedenen Immunpathologien, z.B. Autoimmunität, führen. Die Aufklärung der Mechanismen, die die Treg-Anzahl beeinflussen, bleibt daher eine große Herausforderung zur Etablierung von Therapien. Kürzlich gewonnene in vitro und in vivo Daten lassen auf den Todesrezeptor CD95 (APO-1/Fas) und seinen Liganden CD95L (CD178/APO-1L/FasL) als ein potentielles System bei der Kontrolle der Treg-Anzahl schließen. In einem in vitro T-Zell Todesmodell sind frisch isolierte Tcon CD95-resistent. Nach einer 6-tägigen in vitro Expansion erhöhen sie die CD95 Expression und beginnen nach Restimulierung des T-Zell Antigenrezeptors (engl. TCR) mit der Produktion des CD95L. Anschließendes Binden des endogenen CD95L an CD95 führt zu Suizid/Fratrizid durch den Prozess des aktivierungsinduzierten Zelltods (engl. AICD). Im Gegensatz zu Tcon sind Tag 0 und auch Tag 6 Treg hochsensitiv gegenüber CD95-induzierter Apoptose, zeigen aber keinen AICD nach TCR Restimulierung. In der folgenden Arbeit sollen zwei Punkte hinsichtlich der Apoptose von Treg untersucht werden. Zuerst soll die molekulare Basis für das Fehlen des AICD in Treg in vitro betrachtet werden. Zweitens soll die Sensitivität von Treg gegenüber CD95-vermittelter Apoptose in vivo untersucht werden. Für den ersten Teil ist eine ungenügende CD95L Expression eine plausible Erklärung für den fehlenden AICD bei Treg. Tatsächlich zeigte die Untersuchung der CD95L Menge in Treg nach Stimulierung, dass sie, verglichen mit Tcon, wenig CD95L mRNA und auch Protein exprimieren. Die niedrige CD95L Expression ist weder bedingt durch eine veränderte Kinetik, noch verursacht durch CD95L Spaltung. Auch spielt der zelluläre Aktivierungsstatus keine Rolle, obwohl Treg, im Gegensatz zu Tcon, hauptsächlich Effektor-/Gedächtnis-Zellen sind. Im zweiten Teil wurde die Sensitivität von Treg gegenüber CD95-induzierter Apoptose mithilfe eines Mausmodells in vivo untersucht. CD95-defiziente knochenmarkchimäre Mäuse, die CD95+ T-Zellen enthalten, zeigen nach CD95-Stimulierung kein Leberversagen. Injektion eines agonistischen anti-CD95 Antikörpers reduzierte die Anzahl der Treg in vivo. Zusammenfassend kann die Resistenz von Treg gegenüber AICD in vitro einer niedrigen stimulierungsinduzierten CD95L Expression zugeschrieben werden. Des weiteren zeigen die Mausmodell-Daten, dass Treg in vivo sensitiv gegenüber CD95-induzierter Apoptose sind. Diese Apoptosesensitivität könnte durch CD95L+ Tcon ausgenutzt werden, Treg durch CD95 Stimulierung zu eliminieren, um leistungsstarke Immunantworten zu generieren. Insgesamt tragen diese Ergebnisse zum Verständnis der Mechanismen, die die Treg Homeostase kontrollieren bei.

Translation of abstract (English)

CD4+CD25++Foxp3+ regulatory T cells (Treg) actively control self-reactive conventional T cells (Tcon) and other cell types and thus maintain peripheral tolerance. Accordingly, an imbalance with regard to quantity or quality of Treg-mediated suppression can lead to various immune pathologies, e.g. autoimmune diseases. The elucidation of mechanisms that influence Treg numbers remains therefore a major challenge for the establishment of therapies. Recent in vitro and in vivo data point to the death receptor CD95 (APO-1/Fas) and its ligand CD95L (CD178/APO-1L/FasL) as one potential system in the control of Treg numbers. In an in vitro T cell death model, freshly isolated Tcon are CD95-resistant. However, after an in vitro expansion of 6 days they upregulate CD95 and start producing CD95L upon T cell antigen receptor (TCR) re-stimulation. Subsequent binding of endogenous CD95L to CD95 leads to suicide/fratricide via a process called activation-induced cell death (AICD). In contrast to Tcon, day 0 as well as day 6 Treg are highly sensitive to CD95-induced apoptosis but do not undergo AICD upon TCR re-stimulation. In the present work two points regarding the apoptosis of Treg were investigated. First, the molecular basis for the lack of AICD in Treg was examined. Second, the sensitivity of Treg towards CD95-mediated apoptosis was analyzed in vivo. Concerning the first part, one plausible explanation for the lack of AICD in Treg is insufficient CD95L expression. Indeed, the investigation of CD95L levels in Treg upon stimulation revealed that they express, compared to Tcon, less CD95L mRNA as well as protein. This diminished CD95L expression is neither due to altered kinetics nor caused by CD95L cleavage. Low CD95L expression occurs irrespective of the cellular activation status, although the Treg population consists, in contrast to Tcon, mainly of effector/memory cells. In the second part, the sensitivity of Treg to CD95-induced apoptosis was investigated in vivo. CD95-deficient bone marrow chimeric mice containing CD95+ T cells tolerate CD95 stimulation. In this mouse model, injection of an agonistic anti-CD95 antibody resulted in reduced Treg numbers in vivo. In conclusion, the resistance of Treg to AICD in vitro can be attributed to low stimulation-induced CD95L expression. Furthermore, the data demonstrate that Treg are sensitive to CD95-induced apoptosis in vivo. This apoptosis sensitivity might be exploited by CD95L+ Tcon to eliminate Treg by CD95 stimulation for the establishment of powerful immune responses. Altogether, the presented findings contribute to the understanding of the mechanisms which control Treg homeostasis.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Müller, Dr. PD Martin
Date of thesis defense: 20 April 2010
Date Deposited: 27 Jul 2010 10:10
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: regulatory T cells , apoptosis , CD95
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