The role of sphingosine-1-phosphate (S1P) and its receptors in Notch1-mediated T-cell development in the thymus: TEC-dependent and -independent signaling pathways
Final Report Abstract
Das bioaktive Sphingolipid Sphingosin-1-Phosphat (S1P) beeinflusst die lokale Positionierung von Lymphozyten in lymphatischen Organen sowie deren Migration daraus ins Blut. Über den Einfluss von S1P auf die Thymozytenentwicklung ist nur wenig bekannt. In eigenen Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass die für die Immunabwehr wichtige Entstehung von T-Zellen im Thymus in vivo durch S1P reguliert zu sein scheint, da eine pharmakologische Inhibition oder Deletion des S1P-abbauenden Enzyms S1P-Lyase zu einem massiven Verlust der größten Zellpopulation im Thymus, den unreifen CD4/CD8-positiven T-Zellvorläufern, und somit zur Thymusatrophie führt. Dem scheint ein bislang unbekannter Defekt vorgeschaltet zu sein, bei dem deren CD4/CD8- doppelt negativen Vorstufen (DN2, DN3 und DN4) vermindert sind und eine geringere Expression des für die T-Zellentwicklung unverzichtbaren Rezeptor Notch1 aufweisen. In Co-Kulturen von DN-Zellen mit OP9-DL1 bzw. -DL4 Stromazellen konnten wir den identischen Defekt mittels Zugabe von S1P simulieren. Eine Herunterregulation der wichtigen Notch1-abhängigen Gene RAG1 und RAG2 in Kombination mit dem Befund, dass prozentual weniger der DN-Vorläufer die ß-Kette des T-Zellrezeptors S1P exprimierten, weist auf einen möglichen Defekt während der ß-Selektion hin. Die Wirkungsweise von S1P scheint hierbei nicht über S1P-Rezeptoren mediiert zu sein. Die in vitro-Ergebnisse schließen zwar generell nicht eine Beteiligung von TECs am Entwicklungsdefekt aus, weisen aber hauptsächlich auf zellautonome intrinsische S1P Effekte hin. In vivo gehen die Defekte der Thymoyztenentwicklung den Veränderungen der cTEC- zu mTEC-Zusammensetzung voraus. Die Expression des für cTECs wichtigen Transkriptionsfaktors FoxN1 ist vermindert und die seiner Targetgene Cxcl12 und Kitl unverändert, was bei einem herunterreguliertem FoxN1 durch alternative kompensatorische Signalwege zu erklären ist. Die Verminderung der Dll4- und Dll1 Genexpression durch vermutlich verringertes FoxN1 zeigt, dass der S1P-bedingte intrinsische Notch1-abhängigen T-Zelldefekt zusätzlich durch einen Defekt im crosstalk mit TECs durch geringere Dll-Präsentation verstärkt werden könnte. Als Ursache für die gestörte Thymusentwicklung in vivo konnten ein Defekt in der Zellproliferation der Thymusvorläufer (DN3, DN4) sowie verstärkte Apoptose nachgewiesen werden. Unter Inhibition der S1P-Lyase in vivo und S1P-Gabe in vitro befanden sich die sonst proliferierenden DN4-Zellen vermehrt in der G0-Phase des Zellzyklus. Dieses scheint durch eine Unterversorgung der Thymozytenvorläufer mit Glukose und Eisen begründet, da S1P die Expression des Glukosetransporters Typ 1, GLUT1, und die dafür zuständige AKT-Aktivität inhibierte. Das wird durch verminderte Expression von Notch1 auf DNs in vivo und in vitro unterstützt, da über Notch1 die Expression u.a. von GLUT1 reguliert wird. Durch das Fehlen von Glukose, Eisen und vermutlich Aminosäuren kann weder die für Zellteilung und beta-Selektion notwendige Energie noch Synthese von Nukleinsäuren, Aminosäuren und Phospholipiden bei der Umstellung auf aerobe Glykolyse stattfinden. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse erstmalig eine wichtige zellintrinsische Rolle von intrazellulärem S1P auf den Glukose- bzw. Nährstoff-Metabolismus während der Notch1-abhängigen DN- bzw. frühen Thymozytenentwicklung. Ergebnisse wie diese könnten neue therapeutische Ansätze eröffnen z.B. bei der T-Zell akuten lymphatischen Leukämie (T-ALL), wo in mehr als 50% der Fälle ein erhöhtes Notch1-Signaling bei verändertem Glukosemetabolismus beteiligt ist (21). Die Ergebnisse dieser Studie werden nach Abschluss der noch laufenden Versuche publiziert.
