Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7202
Das Chemokin SDF-1α interferiert mit der IL-2-induzierten
T-Zell-Proliferation – Beschreibung eines neuen regulatorischen
Mechanismus
Manuela J. Cramer
Zusammenfassung
Die Homöostase der
Lymphozyten ist für eine effektive Immunantwort sehr wichtig. Das Gleichgewicht
zwischen Proliferation, Überleben und Apoptose wird durch verschiedene
extrazelluläre Signale wie Cytokine und Chemokine sichergestellt. In dieser
Doktorarbeit wird ein neuer Mechanismus beschrieben, der die T-Zell-Proliferation
reguliert. Dieser Mechanismus wird durch das ubiquitär exprimierte Chemokin
SDF-1α induziert, dem zirkulierende T-Zellen permanent ausgesetzt sind. Ich
konnte zeigen, dass die Vorbehandlung primärer humaner T-Zellen mit SDF-1α
die IL-2-induzierte T-Zell-Proliferation sowie die Aktivierung von ERK und MEK reduziert.
Das Ziel der weiteren Experimente war die Charakterisierung des zugrunde liegenden
Mechanismus. Durch Verwendung RhoA-spezifischer siRNA habe ich gezeigt, dass
die kleine GTPase RhoA die SDF-1α-induzierte Reduktion der Proliferation
vermittelt. Dementsprechend führt die Aktivierung des endogenen RhoA ebenso wie
die transiente Transfektion einer konstitutiv aktiven RhoA-Mutante zur Inhibierung
der IL-2- und TPA-induzierten ERK- und MEK-Aktivierung. In weiterführenden
Experimenten wurde die Ras-induzierte Raf-Aktivierung als die direkt durch RhoA
betroffene Signalkomponente des Ras-Raf-MEK-ERK Signalwegs identifiziert.
Aktives RhoA interferiert mit der Phosphorylierung des Raf-S338 durch Hemmung
des Rac-PAK Signalwegs, der diese Phosphorylierung vermittelt. Die Expression
einer konstitutiv aktiven Rac-Mutante verhindert sowohl die RhoA- als auch die
SDF-1α-vermittelte Hemmung der TPA-induzierten MEK-Aktivierung. Diese Ergebnisse
belegen, dass SDF-1α durch die Aktivierung der kleinen GTPase RhoA mit der
Rac-PAK Signaltransduktion, und dadurch mit der Raf-S338 Phosphorylierung,
interferiert und auf diese Weise die Aktivierungsschwelle der Proliferation-induzierenden
Ras-Raf-MEK-ERK Kaskade erhöht. Weiterhin konnte ich zeigen, dass die
T-Zell-Rezeptor-induzierte Proliferation unter den gleichen experimentellen
Bedingungen nicht durch SDF-1α gehemmt wird. Dies lässt vermuten, dass die
Signaltransduktion durch den T-Zell-Rezeptor einen Mechanismus induziert, der
das inhibitorische Signal von SDF-1α ausschaltet. Außerdem interferiert
der pathologische CXCR4-Ligand, das HIV-Glykoprotein gp120, mit der
TPA-induzierten MEK-Aktivierung, wie zuvor für SDF-1α gezeigt. Die weitere
Untersuchung dieser Beobachtung könnte zum Verständnis der Funktion von gp120
bei der Pathogenese von HIV beitragen.
The chemokine SDF-1α interferes with
IL-2-induced T cell proliferation – Characterization of a novel
regulatory mechanism
Abstract
Maintainance of lymphocyte homeostasis is essential for an
effective immune response. The balance between cellular proliferation, cellular
survival and apoptosis is ensured by a diversity of extracellular signals
including cytokines and chemokines. In this PhD thesis, a novel regulatory
mechanism for T cell proliferation is described, that is mediated by the
ubiquitously expressed chemokine SDF-1α, to which circulating T cells are
permanently exposed. I observed that pretreatment of primary human T cells with
SDF-1α reduces T cell proliferation as well as ERK and MEK activation in
response to IL-2. Further experiments were conducted to characterize the
underlying mechanism of the SDF-1α effect in T cell proliferation. Using
RhoAspecific siRNA I showed that the small GTPase RhoA is required for the
SDF-1α mediated reduction of proliferation. Accordingly, activation of
endogenous RhoA as well as transient transfection of a constitutive active RhoA
results in downregulation of IL-2- and TPA-induced activation of ERK and MEK.
Ras-induced Raf activation was identified as the signaling component of the
Ras-Raf-MEK-ERK cascade which is directly targeted by active RhoA. Active RhoA
interferes with phosphorylation of Raf-S338 by downregulating Rac-PAK
signaling, which mediates this phosphorylation. Constitutive active Rac
prevents RhoA- as well as SDF-1α-mediated inhibition of TPA-induced MEK
activation. These results show that SDF-1α, via activation of the small
GTPase RhoA, interferes with Rac-PAK signaling preventing phosphorylation of
Raf-S338 and in this way elevates the threshold for activation of the
Ras-Raf-MEK-ERK cascade and consequently for proliferation in T cells. In
addition, I showed that under the same experimental conditions, T cell receptor
induced proliferation is not inhibited by SDF-1α suggesting that T cell receptor
signaling involves a mechanism to switch off the inhibitory signal mediated by
SDF-1α and RhoA. Moreover the pathological ligand for CXCR4, the
HIVglycoprotein gp120, interferes with TPA-induced MEK activation as shown for
SDF-1α. Further examination of this finding could help understand the
function of gp120 in the pathophysiology of HIV.
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