German Title: Regulation menschlicher Lymphozyten durch SLAM-verwandte Rezeptoren

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Abstract

The six members of the SLAM-related receptor family are expressed on many cell types of the immune system and play a role in fine-tuning of immune responses. In this study we investigated the SLAM-related receptors 2B4, NTB-A and CRACC. 2B4 and NTB-A are activating receptors on human natural killer (NK) cells. 2B4 binds to CD48, NTB A is homophilic. The molecular basis for the homophilic NTB A interaction has been identified by crystal structure analysis, but the results have not been tested in functional assays. Using mutational analysis we could show that the residues H54 and S90 are very important for functional homophilic interaction between two NTB A molecules, whereas the residues E37 and Q88 are not. After binding to their ligands 2B4 and NTB A recruit the two adapter molecules SAP and EAT 2. Although many elements of 2B4 and NTB A signaling have been described, the early events in their signal transduction are not fully understood. In this study we could show that in human natural killer cells the phosphorylation of 2B4 and NTB A takes place independently of SAP. However, both receptors need the presence of SAP to trigger cytotoxic responses. The adapter EAT 2 does not bind to the phosphorylated receptors in the absence of SAP. This leads to the conclusion that SAP association with the receptors is the crucial prerequisite for further signaling events, including the recruitment of EAT 2. CRACC is an activating receptor on NK cells triggering cytotoxicity and enhancing cytokine production. The receptor is also expressed on a subset of CD8-positive and few CD4-positive T cells, but the function of CRACC on these cells is unknown. In this study we describe CRACC as co-stimulatory receptor on T cells. Simultaneous engagement of the T cell receptor and CRACC induces expression of activation markers, proliferation and cytokine production. T cell-mediated cytotoxicity is not enhanced by engagement of CRACC. We found that CRACC is expressed mainly on CD8-positive memory T cells, and its expression is induced on CD8-positive T cells by activation. Therefore we suggest that CRACC co-stimulation supports the expansion of activated cells and facilitates the re-activation of memory T cells. Furthermore we could detect CRACC expression on CD4-positive, CD28-negative T cells in patients with unstable angina pectoris. This population appears in patients with chronic inflammatory diseases and amplifies the inflammatory process. We suggest that CRACC co-stimulation could be involved in the continuous activation of these cells, and therefore is a possible therapeutical target.

Translation of abstract (German)

Die SLAM verwandten Rezeptoren sind eine Rezeptorfamilie, deren sechs Mitglieder auf vielen verschiedenen Zelltypen des Immunsystems vorkommen, wo sie an der Feinabstimmung von Immunantworten beteiligt sind. In dieser Arbeit wurden die SLAM verwandten Rezeptoren 2B4, NTB-A und CRACC untersucht. 2B4 und NTB-A sind aktivierende Rezeptoren auf natürlichen Killerzellen (NK-Zellen) des Menschen. 2B4 bindet an CD48, NTB A ist homophil. Die molekulare Grundlage für die homophile Interaktion von NTB A wurde durch Kristallstrukturanalyse aufgeklärt, aber die Ergebnisse wurden noch nicht in Experimenten funktionell bestätigt. Durch Mutationsexperimente konnten wir zeigen, dass die Aminosäurereste H54 und S90 für die homophile Interaktion eine sehr wichtige Rolle spielen, während die Reste E37 und Q88 weniger wichtig sind. Im aktivierten Zustand rekrutieren die Rezeptoren 2B4 und NTB A die beiden Adaptermoleküle SAP und EAT-2. Obwohl schon viele Elemente der Signaltransduktion durch 2B4 und NTB A beschrieben wurden, sind viele der Ereignisse am Beginn der Signalweiterleitung ungeklärt. Wir konnten zeigen, dass in humanen NK-Zellen die Phosphorylierung von 2B4 und NTB A unabhängig von SAP stattfindet. Um eine zytotoxische Reaktion auszulösen, sind beide Rezeptoren allerdings auf SAP angewiesen. Das Adaptermolekül EAT 2 zeigt in Abwesenheit von SAP keine Bindung an die phosphorylierten Rezeptoren. Das führt zu dem Schluss, dass die Assoziation von SAP mit den phosphorylierten Rezeptoren die unerlässliche Voraussetzung für weitere Signaltransduktionsschritte ist, so auch für die Bindung von EAT 2 an die Rezeptoren. CRACC ist ein aktivierender NK-Zellrezeptor, der Zytotoxizität und Zytokinproduktion auslöst. Außerdem wird dieser Rezeptor von einem Teil der CD8-positiven und wenigen CD4-positiven T-Zellen exprimiert, wobei seine Funktion auf diesen Zellen nicht bekannt ist. In dieser Arbeit zeigen wir, dass CRACC ein kostimulatorischer Rezeptor auf T-Zellen ist. Eine gleichzeitige Stimulation von T-Zellrezeptor und CRACC führt zur Expression von Aktivierungsmarkern, Proliferation und Zytokinproduktion. Auf die Zytotoxizität von T-Zellen hat die Aktivierung von CRACC keinen verstärkenden Einfluss. Wir konnten zeigen, dass CRACC hauptsächlich auf CD8-positiven Gedächtnis-T-Zellen exprimiert wird, und dass seine Expression auf CD8-positiven T Zellen durch Aktivierung induziert wird. Deshalb vermuten wir, dass Kostimulation von CRACC die Vermehrung von aktivierten T-Zellen begünstigt und die Reaktivierung von Gedächtnis T-Zellen erleichtert. Außerdem konnten wir eine Expression von CRACC auf CD4-positiven, CD28-negativen T Zellen von Patienten mit instabiler Angina pectoris feststellen. Diese Zellpopulation tritt bei Patienten mit chronischen entzündlichen Erkrankungen auf und verstärkt die Entzündungsprozesse. Wir vermuten, dass Kostimulation durch CRACC an der fortdauernden Aktivierung dieser Zellen beteiligt sein könnte und deshalb ein mögliches Ziel für neue therapeutische Ansätze darstellt.