Die Rolle von Cathepsin L für die Selektion eines funktionellen CD4 T Zell Repertoires

• Antragsteller: Professor Dr. Ludger Klein
• Fachliche Zuordnung: Immunologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456882036

Die Differenzierung unreifer T-Zellen im Thymus erfordert ‚produktive‘ Interaktionen ihres T-Zell-Rezeptors (TCR) mit ‚Selbst-Peptid‘ (p)MHC Liganden auf cortikalen thymischen Epithelzellen (cTECs). Dieser Prozess wird als Positive Selektion bezeichnet. Das klassische Ansicht, dass die Positive Selektion Immunantworten gegen ‚Fremd‘ durch die Etablierung der ‚Selbst-MHC-Restriktion‘ des Repertoires ermöglicht, wird zunehmend in Frage gestellt. Stattdessen weisen jüngste Befunde daraufhin, dass die Positive Selektion die Besiedlung der Peripherie mit reifen T-Zellen von optimaler ‚Fitness‘ vermittelt. Wie genau die funktionelle Kompetenz reifer T-Zellen nachhaltig durch die Positiven Selektion geprägt wird, bleibt jedoch weitgehend unverstanden.Die kritische Rolle der cTECs für die Positive Selektion wird zumindest teilweise durch cTEC-spezifische proteolytische Maschinerien geprägt, die MHC I- und II-gebundene Peptide generieren und cTECs auf diese Weise mit einem ‚privaten‘ pMHC-Ligandom ausstatten, dass sich von dem anderer APCs unterscheidet. So prozessieren cTECs Substrate des MHC II Beladungsweges mittels Cathepsin L (Ctsl), während dies in anderen APCs hauptsächlich über Cathepsin S geschieht. Der Knockout von Ctsl führt zu einer starken Verminderung der CD4 T Zellen im Thymus.In vorläufigen Arbeiten haben wir gefunden, dass das CD4 T-Zell-Repertoire von CtslKO Mäusen, ungeachtet seiner verminderten Zellularität, eine ‚normale‘ Anzahl an Zellen enthält, die ein prototypisches Fremdantigen, Listeriolysin O (LLO), erkennen. Jedoch wiesen diese Zellen einen Defekt in der proliferativen Expansion nach Immunisierung auf. Ebenso zeigten polyklonale CD4 T-Zellen dieser Tiere eine defekte Antwort auf unspezifische Stimulierung in vitro und waren in ihrer ‚homöostatischen‘ Teilung nach Transfer in lymphopenische Rezipienten eingeschränkt. Dies legt nahe, dass Ctls-abhängige pMHC Liganden nicht nur die Zellularität, sondern auch die Funktionalität des CD4 T-Zell-Repertoires prägen.Im vorliegenden Projekt testen wir die Hypothese, dass es eine substanzielle Überschneidung in der TCR-Zusammensetzung von CD4 T-Zellen in WT und CtslKO Mäusen gibt, jedoch Zellen trotz eines identischen TCRs dysfunktional sind, wenn sie in Abwesenheit von Ctsl selektioniert wurden. Mittels Einzelzell-TCR-Sequenzierung werden wir Inventare von LLO-spezifischen CD4 T-Zellen aus WT und CtslKO Mäusen herstellen, um TCRs zu identifizieren, die in beiden Genotypen vorhanden sind. Repräsentative ‚geteilte‘ TCRs werden transgen in WT oder Ctsl-defizienten Tieren re-exprimiert. Auf dieser Grundlage wird dann die in vivo und in vitro Funktionalität von Zellen adressiert, die den gleichen TCR tragen, jedoch in der An- oder Abwesenheit von Ctsl selektioniert wurden. Weiterhin wird die biochemische und transkriptionelle Grundlage untersucht, wie die funktionelle Fitness von CD4 T-Zellen durch Selektion auf Ctsl-abhängigen Liganden geprägt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen