Hochauflösendes Laserscanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Mikroskop wurde verwendet, um Immunantworten auf zellulärer Ebene zu visualisieren, wie sie in ihrem Mikromilleu in Echtzeit auftreten. Eine Besonderheit des Gerätes ist es, dass eine Vielzahl von Mikroskopie-Techniken, wie konfokale Laserscanmikroskopie, TIRF, Zeitraffer-Videomikroskopie und hochauflösende Mikroskopie ermöglicht werden. Dadurch erlaubt es die präzise Darstellung der intrazellulären Lokalisation von Proteinen, deren Kolokalisation mit anderen Zellstrukturen sowie deren Translokation im Rahmen von Aktivierungsvorgängen. Entsprechend wurde das Mikroskop in vielen Projekten und Kooperationen eingesetzt. Beispiele von Projekten, die wesentlich von dem Mikroskop profitiert haben: 1) Analyse der T-Zell Immunantwort: a) Eine Antigen-abhängige T-Zell-Aktivierung ist mit der Bildung einer dynamischen mikro- und makromolekularen Molekülanordnung an der zellulären Kontaktstelle zwischen T-Zellen und Antigenpräsentierenden Zellen (APZ) verbunden, die als immunologische Synapse (IS) bezeichnet wird. Wir konnten zeigen, dass die Bildung von LFA-1-Klustern in der IS, die von dem Aktin-bindenden Protein L- Plastin abhängt, in einem pro-oxidativem Milleu stabilisiert wird. Da LFA-1 ein Adhäsionsmolekül ist, wird dadurch die Interaktionszeit zwischen den Zellen deutlich verlängert. Der damit verbundene längere Zellkontakt kann je nach Situation die Immunanwort stärken oder schwächen: Im Fall von naiven T-Zellen führt der längere Kontakt zu APZs zu einer stärkeren Aktivierung der Zellen. Andererseits wird das Abtöten von Tumorzellen über zytotoxische T-Effektorzellen herabsetzt, da die T-Zellen an apoptotischen Tumorzellen haften bleiben und somit eine serielle Eliminierung von Zielzellen gestört ist. b) Neben den professionellen APZs wurden atypische APZs analysiert. Eine spezielle Art der atypischen APZs sind Keratinozyten. Wir haben mittels des hier angeschafften Mikroskopie-Systems die direkte Interaktion zwischen humanen Keratinozyten und T-Zellen und deren Bedeutung für die T-Zell-Aktivierung im Rahmen einer allergischen Kontaktdermatitis (AKD) in einem in vitro Kokultursystem untersucht. Diese Experimente bestätigten eine zellkontaktabhängige T-Zellaktivierung durch primäre Keratinozyten, die mit proinflammatorischen Zytokinen vorbehandelt wurden. Durch die Störung der Wechselwirkungen zwischen stimulatorischen Korezeptoren und ihren Liganden wurde die Notwendigkeit dieser Signale für die Keratinozyten-induzierte T-Zellaktivierung nachgewiesen. c) Serin-Threonin Phosphatasen sind an der Kontrolle der Zytokin-Produktion durch T-Zellen beteiligt. Wir haben die bislang unbekannte Beteiligung der Proteinphosphatase-1α (PP1α) an der Zytokinsynthese nach Kostimulation primärer humaner T-Zellen untersucht. Durch die hochauflösende Mikroskopie konnten wir zeigen, dass PP1 die Kerntranslokation eines PP1α / Cofilin / NF-kB-Moduls induziert, wodurch die IL-10- Produktion gefördert wird. 2) Kommunikation von Granulozyten: a) Unter pro-inflammatorischen Bedingungen können neutrophile Granulozyten zu atypischen APZs ausreifen und T-Zellen stimulieren. Wie haben mit Hilfe des hochauflösenden Mikroskops eine Methode entwickelt, um molekulare Mechanismen in Zell-Konjugaten aus humanen T-Zellen mit autologen Granulozyten vom APZ-Typ zu analysieren. b) Bakterien kommunizieren miteinander über spezielle Signalmoleküle, die Quorum-Sensing-Moleküle. Wir konnten das von Pseudomonas aeruginosa abgeleitete Quorum-Sensing-Molekül N- (3-Oxododecanoyl) -L-homoserinlacton (AHL-12) in humanen Neutrophilen nachweisen. Durch die hochauflösende Mikroskopie konnte der AHL-12-Rezeptor T2R38 in Vesikeln mit den Eigenschaften von Lipid-Tröpfchen nachgewiesen werden. Interessanterweise nehmen Neutrophile das AHL-12 auf und dieses bindet intrazellulär an T2R38, was zur Aktivierung der Granulozyten beiträgt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2014). Metastasis of prostate cancer and melanoma cells in a preclinical in vivo mouse model is enhanced by L-plastin expression and phosphorylation. Mol Cancer 13, 10
Riplinger, S.M., Wabnitz, G.H., Kirchgessner, H., Jahraus, B., Lasitschka, F., Schulte, B., van der Pluijm, G., van der Horst, G., Hammerling, G.J., Nakchbandi, I., and Samstag, Y.
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(2015). Tasting Pseudomonas aeruginosa Biofilms: Human Neutrophils Express the Bitter Receptor T2R38 as Sensor for the Quorum Sensing Molecule N-(3- Oxododecanoyl)-l-Homoserine Lactone. Front Immunol 6, 369
Maurer, S., Wabnitz, G.H., Kahle, N.A., Stegmaier, S., Prior, B., Giese, T., Gaida, M.M., Samstag, Y., and Hansch, G.M.
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(2016). Expression of the bitter receptor T2R38 in pancreatic cancer: localization in lipid droplets and activation by a bacteriaderived quorum-sensing molecule. Oncotarget 7, 12623-12632
Gaida, M.M., Mayer, C., Dapunt, U., Stegmaier, S., Schirmacher, P., Wabnitz, G.H., and Hansch, G.M.
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(2016). Identification and characterization of a unique role for EDB fibronectin in phagocytosis. J Mol Med 94, 567-581
Kraft, S., Klemis, V., Sens, C., Lenhard, T., Jacobi, C., Samstag, Y., Wabnitz, G., Kirschfink, M., Wallich, R., Hansch, G.M., and Nakchbandi, I.A.
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(2016). Oxidative downmodulation of T cellmediated cytotoxicity. Cell Death Dis,;7(9):e2373
Wabnitz, G.H. and Samstag, Y.
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(2016). The prooxidative drug WF-10 inhibits serial killing by primary human cytotoxic T-cells. Cell Death Discov 2, 16057
Wabnitz, G.H., Balta, E., Schindler, S., Kirchgessner, H., Jahraus, B., Meuer, S., and Samstag, Y.
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(2017). L-plastin regulates the stability of the immune synapse of naive and effector T-cells. Adv Biol Regul.;63:107-114
Wabnitz, G.H., Balta E. and Samstag, Y.
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(2017). Qualitative and quantitative analysis of PMN/T-cell interactions by InFlow and superresolution microscopy. Methods 112, 25-38
Balta, E., Stopp, J., Castelletti, L., Kirchgessner, H., Samstag, Y., and Wabnitz, G.H.
