Dokument: Charakterisierung der Funktion und Expression des Tetraspanins CD53 in der Immunantwort von T-Zellen

Titel:	Charakterisierung der Funktion und Expression des Tetraspanins CD53 in der Immunantwort von T-Zellen
Weiterer Titel:	Characterization of the function and expression of the tetraspanin CD53 in the immune response of T cells
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64192
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20231123-111127-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Olejnik, Lara Katharina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 15,71 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 21.11.2023 / geändert 21.11.2023
Beitragende:	Prof. Jörg Timm [Gutachter] Prof. Philipp Lang [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Tetraspanine sind Transmembranproteine, die über die Bindung ihrer Interaktionspartner die zelluläre Membran organisieren. Innerhalb der sogenannten Tetraspanin-angereicherten Mikrodomänen bilden sie ein Gerüst und bringen somit sowohl Membranproteine als auch zytoplasmatische Signalproteine in räumliche Nähe. Dabei weisen die 33 Tetraspanin-Familienmitglieder sowohl überlappende als auch spezifische Interaktionen auf, mittels welcher sie verschiedenste Ebenen zellulärer Prozesse beeinflussen. Während die meisten Tetraspanine ubiquitär exprimiert werden, findet sich CD53 fast ausschließlich im Immunzellkompartiment wieder und ist somit vermutlich essenziell für die Organisation und Regulation immunzellspezifischer Proteine. In der Vergangenheit wurde CD53 vor allem mit Hilfe von Mausmodellen oder verschiedenen Zelllinien untersucht, sodass bisher ein eher lückenhaftes Bild der funktionalen Rolle von CD53 auf humanen, primären Immunzellen besteht. Im Rahmen dieser Arbeit sollte daher die Charakterisierung des CD53-Proteins auf humanen, primären T-Zellen als Vertreter der adaptiven Immunzellantwort erfolgen. T-Zellen sind im Gegensatz zu anderen Immunzell-Populationen in der Lage ein Immungedächtnis auszubilden, das dem Körper erlaubt, auf ein bereits bekanntes Pathogen schnell zu reagieren. CD53 akkumuliert dabei besonders stark auf CD8+ Effektor-Gedächtniszellen, welche durch ein hohes zytotoxisches Potenzial gekennzeichnet sind. Diese Zellen haben durch einen wiederholten Antigenkontakt bereits einige Zellteilungen durchschritten und nähern sich einem immunoseneszenten Zustand, welcher u.a. durch die Expression des Markers CD57 charakterisiert wird. CD53 weist auf dieser seneszenten Population eine hohe Grundexpression auf. Somit kennzeichnet CD53 ex vivo eine T-Zellpopulation, die häufig durch Antigen-Stimulation aktiviert wurde und sich einem stabilen und terminalen Zellzyklusarrest nähert. Im Kontext einer solchen Immunzellstimulation wird CD53 auf der Oberfläche von aktivierten CD8+ T-Zellen verstärkt exprimiert und findet sich anschließend in räumlicher Nähe der Aktivierungsmarker CD25, CD69 und CD38. Dabei beeinflusst es die Stabilität seiner beiden Interaktionspartner CD25 und CD69 während einer Aktivierung positiv und unterstützt darüber hinaus die IFNγ-Produktion. Dabei ist CD53 nicht nur während der Aktivierung selbst entscheidend, sondern bestimmt bereits im ruhenden Zustand darüber, wie gut sich eine CD8+ T-Zelle später aktivieren lässt und wie stark sie mit einer IFNγ-Produktion reagiert. Über welche Membranproteine CD53 jedoch die IFNγ-Produktion beeinflusst und mit welchen Signalproteinen es interagiert, sollte mit der Aufschlüsselung des intrazellulären CD53-Interaktoms beantwortet werden. Dazu wurde eine CD53-Biotin-Identifikation (BioID) durchgeführt, bei der alle Proteine im 10 nm Umkreis des Fusionskonstruktes aus CD53 und Biotinligase BirA* biotinyliert werden und nach Isolation und Anreicherung massenspektrometrisch identifiziert werden können. Hierbei wurden mit CD43, CD98hc, CD147 Membranproteine als interessante Kandidaten ermittelt, die als potenzielle Partnerproteine von CD53 agieren können und möglicherweise erklären, wie CD53 die IFNγ-Produktion beeinflusst. Auch das zytoplasmatische Lcp1, welches als Aktin-bindendes Protein u.a. an der Formation der immunologischen Synapse beteiligt ist, wurde als potenzielles CD53-Bindeprotein ermittelt. Diese Interaktion ergänzt nun das Bild der CD53-vermittelten Regulation von CD25 und CD69, da Lcp1 am Transport dieser beiden Aktivierungsmarker zur Plasmamembran beteiligt ist. Neben Lcp1 wurden außerdem eine Vielzahl weiterer Proteine identifiziert, die mit der immunologischen Synapse verknüpft sind. Dies verdeutlicht die zentrale und orchestrierende Rolle von CD53 in der Immunzellaktivierung von T-Zellen. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass CD53 durch ein breites Bindungsspektrum die proinflammatorische Immunantwort von CD8+ T-Zellen positiv moduliert. Dabei fungiert die CD53-Expression auf ruhenden CD8+ T-Zellen als Prädikator für deren spätere Aktivierbarkeit. Dies macht CD53 zu einem interessanten Kandidaten für die Kontrolle chronisch aktivierter T-Zellen. Durch eine pharmakologische Inhibition von CD53, z.B. mit Hilfe von monoklonalen Antikörpern, könnten die CD53-spezifischen Interaktionen und Signalwege gestört oder reduziert werden, was eine ungewollte, überschießende Immunantwort von CD8+ T-Zellen minimieren würde. Tetraspanins represent a family of membrane-spanning proteins that organize the cellular membrane by binding their manifold interaction partners. Within the so-called tetraspanin-enriched microdomains, they act as scaffold and thereby bring both membrane proteins and cytoplasmic signaling proteins into spatial proximity. The 33 tetraspanin family members possess both overlapping and specific interactions by which they influence various levels of cellular signaling processes. Whereas most tetraspanins show are ubiquitously expressed, CD53 is found almost exclusively in the immune cell compartment and is thereby thought to be essential for the organization and regulation of immune cell-specific proteins. Because in the past CD53 has been studied mainly by using mouse models or cell lines, its functional role on human primary immune cells has not yet been fully understood. Therefore, this work aimed to characterize the CD53 protein expression and its functional role on human primary T cells as an important part of the adaptive immune cell response. In contrast to other immune cell populations, T cells are able to form an immune memory that allows the body to react quickly to an already encountered pathogen. CD53 accumulates particularly on CD8+ effector memory cells, which are characterized by a high cytotoxic potential. Such cells have already undergone several cell divisions because of repeated antigen contact and are entering an immunosenescent state, which is characterized by the expression of the marker CD57. CD53 exhibits a high basal expression on this senescent population. Thus, CD53 ex vivo characterizes a T cell population that has been frequently activated by antigen stimulation and is approaching a stable and terminal cell cycle arrest. In context of such immune cell activation, CD53 expression is increased on the surface of activated CD8+ T cells and is subsequently found in spatial proximity to the activation markers CD25, CD69, and CD38. Thereby, it positively influences the stability of its two interaction partners CD25 and CD69 during activation and is furthermore required for efficient IFNγ production. In addition to this essential role during the activation process, the basal CD53 expression on resting CD8+ T cells correlates directly with their later activation intensity and how strongly it responds with IFNγ production. To identify which CD53-interacting membrane proteins and intracellular signaling proteins are required for its role in IFNγ production, a CD53 biotin identification (BioID) was performed, which results in the biotinylation of all proteins within 10 nm of a fusion construct of CD53 and biotin ligase BirA*. These biotin-modified proteins then can be analyzed by mass spectrometry after isolation and enrichment. Here, the membrane proteins CD43, CD98hc and CD147 were identified as potential partner proteins of CD53 and may explain how CD53 affects IFNγ production. Cytoplasmic Lcp1, which is an actin-binding protein involved in, among other things, the formation of the immunological synapse, was also recognized as a potential CD53 binding protein. This interaction would fit into a model for the CD53-mediated regulation of CD25 and CD69, as Lcp1 is involved in the transport of these two activation markers to the plasma membrane. In addition to Lcp1, a variety of other proteins that have been linked to the immunological synapse were also enriched in the presence of the fusion construct. This highlights the central and orchestrating role of CD53 in immune cell activation of T cells. In summary, CD53 was shown to positively modulate the proinflammatory immune response of CD8+ T cells by binding a broad variety of partners. Concordantly, CD53 expression on resting CD8+ T cells acts as a predictor for their subsequent activation potential. Thus, CD53 represents an interesting candidate for the control of chronically activated T cells. Treatment with pharmacological antibodies directed against CD53 could disrupt or reduce CD53-specific interactions and signaling pathways, which would minimize unwanted, exuberant immune responses by CD8+ T cells.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	23.11.2023
Dateien geändert am:	23.11.2023
Promotionsantrag am:	15.06.2023
Datum der Promotion:	31.10.2023