English Title: Molecular mechanisms of regulation of activation-induced cell death (AICD) in peripheral T cells

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Abstract

Apoptose spielt bei der Ontogenese und Homöostase mehrzelliger Organismen eine bedeutende Rolle. CD95 ist einer von bislang sechs identifizierten Rezeptoren, die direkt Apoptose auslösen können. CD95-vermittelte Apoptose ist unter anderem von entscheidender Bedeutung bei der Homöostase des Immunsystems. Fehlregulationen im CD95-System tragen zur Entstehung von Krankheiten wie Autoimmunerkrankungen, Krebs oder AIDS bei. CD95 wird in vielen Geweben konstitutiv exprimiert. Die Expression des CD95-Liganden (CD95L) ist jedoch auf wenige Zellen beschränkt, wie z.B. aktivierte T-Zellen, Makrophagen und Zellen der immunpreviligierten Gewebe, und wird streng reguliert. Der CD95L ist nicht auf ruhenden T-Zellen exprimiert, er wird aber nach Stimulation des T-Zell-Rezeptor-(TCR)/CD3-Komplexes durch Antigen stark hochreguliert. Naïve T-Lymphozyten werden durch Stimulation des TCR aktiviert, was eine spezifische Immunantwort auslöst. Im Gegensatz dazu führt in zuvor aktivierten T-Zellen dasselbe Signal zu Aktivierungs-induziertem Zelltod (engl.: activation-induced cell death, AICD). In vitro führt die Reaktivierung von T-Zellen zur Expression von CD95L, mit der Konsequenz, daß benachbarte CD95-positive Zellen eliminiert werden, oder die T-Zellen Suizid begehen. AICD ist ein wichtiger Mechanismus, um die Anzahl der reaktiven T-Zellen zu reduzieren und die Immunreaktion zu beenden. In dieser Arbeit wurde erstmals eine kritische Rolle des dimeren Transkriptionsfaktors AP-1, bestehend aus FosB und c-Jun, während des AICD primärer humaner T-Zellen gezeigt. Es konnte eine AP-1 Bindung an eine Sequenz im 5' UTR des humanen CD95L-Promotors nach TCR/CD3-Stimulation nachgewiesen werden. Mutationen in dieser FosB/c-Jun Bindestelle oder Expression von dominant-negativen Jun-Mutanten reduziert TCR/CD3-vermittelte Induktion der CD95L-Expression, und damit folglich den AICD. Der molekulare Mechanismus der anti-apoptotischen Funktion des Glucocorticoid-Rezeptors (GR) in peripheren T-Zellen wird kontrovers diskutiert. Die Signalübertragung durch den GR ist komplex und umfaßt unterschiedliche Signalwege, u.a. direkte Transaktivierung/Repression von Genen, Protein-Protein-Interaktionen mit anderen Transkriptionsfaktoren und indirekte Gen-Regulation durch Induktion von Transkriptionsregulatoren. Die vorliegende Studie zeigt erstmals eine funktionelle Rolle für die direkte DNA-Bindung des GR an den CD95L-Promotor und einer daraus resultierenden Inhibition des AICD. Unter Verwendung von konditional GR-defizienten Mäusen und GR-Mutanten konnte in primären T-Zellen eine direkte transkriptionelle Regulation des CD95L-Gens durch den Glucocorticoid-Rezeptor demonstriert werden. Die reduzierte CD95L-Expression könnte somit zur entzündungshemmenden Funktion bei der Glucocorticoid-Therapie beitragen. Bei einer typischen Primärantwort ist die weitreichende Eliminierung der Effektor T-Zellen am Ende der Immunreaktion unvollständig. Ein kleiner Anteil der T-Zellen überlebt und differenziert zu Gedächtniszellen. Der Mechanismus ist bisher unklar, durch welchen einige T-Zellen dem AICD entkommen. Um dies im humanen System zu untersuchen, wurde ein in vitro-Modell für Gedächtnis T-Zellen entwickelt, in dem Langzeit-Kulturen primärer humaner T-Zellen verwendet wurden. Gedächtnis T-Zellen sind trotz deutlicher CD95-Oberflächen-Expression resistent gegenüber CD95-induzierter Apoptose, was ihnen das Überleben während der Deletionsphase einer Immunreaktion sichert. Überraschenderweise sterben Gedächtnis T-Zellen jedoch nach Stimulation des T-Zell-Rezeptors über einen alternativen, CD95-unabhängigen AICD-Mechanismus. Dabei bestimmt möglicherweise die Intensität des TCR-Signals, ob es zur Initiation einer sekundären Immunantwort oder zur Induktion von Apoptose kommt.

Translation of abstract (English)

Apoptosis plays a mayor role during ontogenesis and homeostasis of multicellular organisms. CD95 is one of so far six identified receptors capable of directly inducing apoptosis. CD95-mediated apoptosis is of mayor importance in maintaining homeostasis of the immune system. Deregulation within the CD95-system contributes to the development of diseases like autoimmunity, cancer or AIDS. CD95 is constitutively expressed in many tissues. However, the expression of the CD95-ligand (CD95L) is restricted to a few cells, e.g. activated T cells, macrophages and cells of immune privileged tissues, and is tightly regulated. CD95L is not expressed on resting T cells, but is strongly upregulated upon stimulation via the T cell receptor-(TCR)/CD3-complex. Naïve T lymphocytes are activated by stimulation of their TCR, resulting in a specific immune response. In contrast, in previously activated T cells the same signal leads to activation-induced cell death (AICD). In vitro, restimulation of T cells leads to expression of CD95L, and in consequence, results in elimination of CD95-bearing neighbouring cells, or induction of T cell suicide. AICD is an important mechanism to reduce the number of reactive T cells at the end of an immune response. In the present study, we demonstrat for the first time that the AP-1 transcription factor, composed of FosB and c-Jun, plays a critical role in AICD of primary human T cells. An AP-1 binding to a sequence within the 5' UTR of the human CD95L-gene could be demonstrated upon TCR/CD3-stimulation. Mutations in the FosB/c-Jun binding site or expression of dominant-negative Jun-mutants reduce TCR/CD3-meditated induction CD95L-expression, and therefore AICD. The molecular mechanism of the anti-apoptotic function of the glucocorticoid-receptor (GR) in peripheral T cells is controversially discussed. The signal transduction through the GR is complex and involves many different pathways, e.g. direct transactivation/repression of genes, protein-protein-interactions with other transcription factors, and indirect gene-regulation via induction of transcriptional regulators. The present study demonstrates for the first time a functional role of direct DNA-binding of the GR to the CD95L-promoter and an inhibition of AICD through this mechanism. Using conditional GR-deficient mice and GR-mutants we demonstrate a direct transcriptional regulation of the CD95L-gene through the GR in primary T cells. Therefore the reduced CD95L-expression could contribute to the anti-inflammatory function during glucocorticoid therapy. The elimination of effector T cells at the end of an immune reaction during a typical primary immune response is incomplete. A small proportion of T cells survives and differentiates to memory T cells. The mechanism of how some T cells can escape AICD is so far unclear. To study T cell memory in the human system we used an in vitro-model of long-term cultured primary human T cells. Although expressing CD95 on the cell-surface, memory T cells are resistant towards CD95-induced cell death. This may explain their survival during the deletion phase of an immune response. Surprisingly, memory T cells die upon TCR-stimulation through an alternative, CD95-independent pathway. The intensity of the TCR-signal may determine if this stimulation results in initiation of a secondary immune response or induction of apoptosis.