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Mechaninsms of Antigen Presentation : Role of non classical MHC Class II molecule H2-O/HLA-DO and Tetraspanin molecule CD82

Kunapuli, Kishore J. R.

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Abstract

Summary Presentation of antigen by MHC class II molecules to CD4 T cells depends on the loading of antigenic peptides onto MHC class II molecules in endosomal compartments of antigen-presenting cells. There, efficient loading of peptides requires the assistance of the accessory molecule HLA-DM. DM is found tightly associated with another molecule, HLA-DO in humans, or H2-O in mice, but the function of DO is not entirely clear. MHC class II, DM, and DO are further associated with tetraspanins such as CD82, but their role in antigen presentation, if any, is also not clear. In this thesis, the function of DO and CD82 in antigen presentation was studied. 1. DO in antigen presentation. So far, the analysis of H2O-/- mice did not show a striking phenotype with regard to antigen presentation. Possible explanations are that the function of H2-O is allele-specific and does not affect presentation by Ab MHC class II molecules, the allele carried by H2-O-/- mice. Moreover, only few experimental systems are available for thorough testing of antigen presentation by th Ab allele. In this laboratory, transgenic mice were generated overexpressing H2-O, designated mDO mice, which express the Ak allele, and for which well-studied antigen presentation systems are available. The study presented here shows that DO downmodulates only presentation of epitopes that are loaded onto Ak molecules in early endocytic compartments, but not epitopes loaded in late endocytic compartments. Since DO is mainly expressed in B cells which predominantly take up antigen via their surface immunoglobulin (BCR, B cell receptor), we crossed the mDO with BCR transgenic mice. Again, DO downmodulated presentation of antigen only in the early endocytic compartment. These data suggest that DO may serve to skew antigen presentation to take place preferentially in late compartments. 2. CD82 in antigen presentation. We have concentrated on the tetraspanin CD82, because CD82 was shown to be associated with MHC class II, DM, and DO in MHC class II loading compartments. In addition, CD82 is known interact with other transmembrane molecules such as TCR, CD4, CD8, etc.. CD82-deficient mice were generated in this laboratory for the present study. Expression of a large panel of surface markers was found to be unchanged in CD82-deficient mice. However, T cells from CD82-/- mice were hyper reactive to stimulation by anti-CD3 and anti-CD28 antibodies, suggesting that CD82 affects the TCR signalling pathway. When CD82-deficient dendritic cells were analyzed, decreased antigen presentation was found, but again only loading of epitopes on the early endocytic compartments was affected, but not loading in late compartments. When splenocytes were used, were most antigen-presenting cells are B cells, no differences between CD82-/- and wild-type cells were found with regard to antigen presentation. These data demonstrate for the first time a role for a tetraspanin in antigen presentation and suggest that CD82 enhances antigen presentation not only in a compartment-specific manner, but also in a cell type-specific fashion. The respective mechanisms need to be explored in the future. It is, however, striking to note that both DO and CD82 affect antigen presentation only in the early endosomal compartment. This may suggest a functional link between DO and CD82.

Translation of abstract (German)

Zusammenfassung T-Helferzellen erkennen Antigene, die von MHC Classe II Molekülen präsentiert werden. Die Beladung von MHC Klasse II mit Peptidfragmenten von Antigenen erfolgt in endosomalen Kompartimenten von antigenpräsentierenden Zellen, erfordert aber die Mitwirkung des akzessorischen Moleküls HLA-DM. DM wiederum ist relativ fest mit einem anderen Molekül assoziiert, HLA-DO im Menschen, bzw. H2-O in der Maus. Die genaue Funktion von H2-O ist jedoch noch unklar. MHC Klasse II, DM und DO sind ausserdem mit Teraspanin-Molekülen wie CD82 assoziiert, deren Rolle für die Antigenpräsentation noch nicht erforscht ist. In dieser Arbeit wurde die Funktion von DO und CD82 für Antigenpräsentation untersucht. 1. DO Die Analyse von H2-O-/- Mäusen hat bisher keinen markanten Phänotyp in Bezug auf Antigenpräsentation ergeben. Eine mögliche Erklärung ist, dass H2-O allel-spezifisch wirkt und deshalb keinen Einfluss auf die Präsentation durch das Ab MHC Klasse II Molekül der H2-O-/- Mäuse hat. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass nur wenige experimentelle Systeme für eine umfassende Analyse der Antigenpräsentation durch das Ab-Allel verfügbar sind. In unserem Labor wurden sogenannte mDO-transgene Mäuse hergestellt, die H2-O überexprimieren und das Ak-Allel tragen, für welches eine Reihe von Antigenpräsentationssystemen verfügbar ist. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass DO die Präsentation von Antigenen negativ beeinflusst. Interessanterweise trifft das aber nur für Epitope zu, die in frühen endozytischen Kompartimenten auf Ak-Moleküle geladen werden, aber nicht für Epitope, die in späten endozytischen Kompartimenten geladen werden. Da DO vornehmlich in B-Lymphozyten exprimiert ist, die Antigen hauptsächlich über ihr Oberflächenimmunoglobulin (BCR) aufnehmen, haben wir die mDO-Mäuse mit BCR-transgenen Mäusen gekreuzt. Wiederum beeinflusste DO die Präsentation von Antigen nur im frühen endozytischen, aber nicht im späten Kompartiment. Diese Daten zeigen, dass DO Antigenpräsentation in späten Kompartimenten begünstigt. 2. CD82 Da MHC Klasse II, DM und DO in den MHC Klasse II-Beladungskompartimenten mit dem Tetraspanin CD82 assoziiert vorliegt, haben wir uns auf dieses Tetraspanin konzentriert. Zusätzlich interagiert CD82 mit anderen Transmembranmolekülen wie TCR, CD4, CD8, usw.. Für die Analyse von CD82 wurden in unserem Labor knockout-Mäuse hergestellt. Die Analyse ergab, dass die Expression einer Vielzahl von Oberflächenmarkern auf Lymphozyten in den CD82-/- Mäusen nicht verändert war. In funktionellen Untersuchungen wurden CD82-/- T-Zellen effizienter durch Antikörper gegen CD3 und CD28 stimuliert als CD82+/+ T-Zellen. Diese Ergebnisse zeigen, dass CD82 die TCR-Signalkaskade beeinflusst. Dendritische Zellen von CD82-/- Mäusen zeigten eine verminderte Fähigkeit zur Antigenpräsentation, aber wie im Fall von DO war nur das Beladen mit Epitopen in frühen endozytischen Kompartimenten betroffen, aber nicht in späten endozytischen Kompartimenten. Im Gegensatz zu den dendritischen Zellen war Antigenpräsentation in B-Lymphozyten nicht durch die Abwesenheit von CD82 beeinflusst. Diese Daten zeigen zum ersten Mal, dass ein Tetraspanin die Präsentation von Antigen beeinflusst. CD82 unterstützt Antigenpräsentation nicht nur in einer kompartiment-spezifischen Weise, sondern auch in einer zelltyp-spezifischen Weise. Die zugrundeliegenden zellbiologischen Mechanismen müssen noch geklärt werden. Interessanterweise beeinflussen sowohl DO als auch CD82 Antigenpräsentation nur in den frühen endosomalen Kompartimenten. Dieses deutet auf eine funktionelle Beziehung zwischen DO und CD82 hin.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Hämmerling, Günter
Date of thesis defense: 11 July 2007
Date Deposited: 18 Sep 2007 10:30
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: antigen presentation , tetraspanin , CD82 , MHC , dendritic cell
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