Bedeutung des Aktin-bündelden Proteins L-Plastin während der Effektorphase menschlicher T-Lymphozyten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Transiente Zell-Zell-Kommunikation und Zellwanderung sind wesentliche Merkmale von Immunzellen und essentiell für eine funktionierende Immunabwehr, z.B. zur Abwehr von Tumoren oder Infektionen. Wir haben diese Kommunikation auf zellulärer und molekularer Ebene untersucht. Das Integrin LFA-1 ist ein wesentlicher Mediator der T-Zell-Adhäsion, die ein grundlegendes Element sowohl für die Migration als auch für die antigenabhängige Aktivierung von T-Zellen ist. Dabei konnten wir zeigen, dass die topologische Regulierung von LFA-1 und dessen Bildung von Nano-Clustern von der Aktivität des Aktin-bündelnden Proteins L-Plastin abhängt. L-Plastin wird durch Phosphorylierung an Serin-5 aktiviert. Die Aktivität von L-Plastin wird durch Glukokortikoide inhibiert. Wir konnten nicht nur den Kinase-Weg zur L-Plastin Phosphorylierung in humanen T-Zellen aufdecken (nPKC-MEK-p90RSK pathway), sondern auch die bislang unbekannte L-Plastin Phosphatase (PP2A) identifizieren. Besonders zu bemerken ist zudem, dass wir gezeigt haben, dass L-Plastin Redox-sensitiv ist. L-Plastin wurde ursprünglich als Leukozyten-spezifisches Protein beschrieben. Es wird aber auch „ektop“ in einigen nicht-hämatopoetischen Tumoren gebildet. Wir haben daher die Regulation und Funktion von L-Plastin in humanen T-Zellen und Tumorzellen analysiert. Mit Hilfe der bildgebenden Durchflusszytometrie (InFlow Mikroskopie) sowie der Konfokal- und Superauflösungsmikroskopie haben wir Immunsynapsen zwischen naiven T-Zellen und Antigenpräsentierenden Zellen (APZ) sowie zwischen zytotoxischen Effektor-T-Zellen (TZ) und Tumorzellen analysiert. Dabei zeigte sich, dass L-Plastin ein wichtiger Regulator der Immunsynapse ist. Nach Antigenkontakt wird L-Plastin zur Immunsynapse lokalisiert, wo es mit der β-Untereinheit von LFA-1 assoziiert. Die Störung der L-Plastin-Expression oder - Aktivierung führt zu einer fehlerhaften LFA-1-Rekrutierung und instabilen T-Zell/APZ- Kontakten. Infolgedessen reduziert der Mangel an aktivem L-Plastin in der Immunsynapse die Aktivierung, Proliferation und Differerenzierung der T-Zellen. L-Plastin ist nicht nur für die Reifung und Stabilität von Immunsynapsen für die T-Zell-Aktivierung wichtig, sondern es reguliert auch die für Effektorfunktionen wichtigen zytotolytischen Immunsynapsen, z.B. zwischen TZ und Tumorzellen. Eine verlängerte Phosphorylierung/Aktivierung von L-Plastin in Anwesenheit der pro-oxidativen Substanz WF10 führt zu einer stärkeren Anreicherung von LFA-1 in der zytolytischen Immunsynapse und damit zu einer Stabilisierung von Konjugaten aus TZ und Tumorzellen. In diesem Fall beeinträchtigt die verlängerte Aktivierung von LPL die Effektorfunktion der TZ, da die TZ länger an den Tumorzellen haften, eine effektive Tumorabwehr jedoch erfordert, dass sich TZ schnell wieder von den Tumorzellen ablösen, um mehrere Tumorzellen nacheinander (seriell) abtöten zu können. In humanen Tumorzellen verstärkt phosphoryliertes LPL deren Migration in vitro und deren Metastasierung in vivo. Wir konnten zeigen, dass es in einem prooxidativen Milieu, das häufig in der Umgebung von Tumoren zu finden ist, zur Oxidation von LPL am Cys42 und Cys101 und zur Ausbildung einer Disulfidbrücke innerhalb des Proteins kommt, was dessen Aktinbündelnde Funktion blockiert. Interessanterweise findet eine solche L-Plastin Modifikation vornehmlich in der Zellperipherie statt. Diese lokale Inaktivierung von L-Plastin in den Tumorzellen geht damit einher, dass die Tumorzellen schlechter migrieren. Posttranslationale Modifikationen von L-Plastin (Phosphorylierung und Oxidation), spielen somit eine starke Rolle für die Aktivierung und Effektorfunktion von T-Zellen und das Migrations- und Metastasierungsverhalten von Tumorzellen. Die Regulation von L-Plastin durch lokale Oxidation stellt eine neue, bisher unbekannte Ebene dar, auf der solche Aktinabhängigen Zellfunktionen kontrolliert werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- L-plastin phosphorylation: a novel target for the immunosuppressive drug dexamethasone in primary human T cells. Eur J Immunol 2011; 41(11): 3157-69
Wabnitz GH, Michalke F, Stober C, Kirchgessner H, Jahraus B, van den Boomen DJ, Samstag-Y
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/eji.201041366) - Metastasis of prostate cancer and melanoma cells in a preclinical in vivo mouse model is enhanced by L-plastin expression and phosphorylation. Mol Cancer 2014; 13(1): 10
Riplinger SM, Wabnitz GH, Kirchgessner H, Jahraus B, Lasitschka F, Schulte B van der Pluijm G, van der Horst G, Hämmerling GJ, Nakchbandi I, Samstag Y
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1476-4598-13-10) - The pro-oxidative drug WF-10 inhibits serial killing by primary human cytotoxic T-cells. Cell Death Discov 2016; 2(2): 16057
Wabnitz GH, Balta E, Schindler S, Kirchgessner H, Jahraus B, Meuer S, Samstag Y
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/cddiscovery.2016.57) - Imaging Flow Cytometry for Multiparametric Analysis of Molecular Mechanism Involved in the Cytotoxicity of Human CD8+ T-cells. J Cell Biochem 2017; 118(9): 2528-2533
Wabnitz GH, Kirchgessner H, Samstag Y
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jcb.25963) - L-plastin regulates the stability of the immune synapse of naive and effector T-cells. Adv Biol Regul 2017; 63: 107-114
Wabnitz G, Balta E, Samstag Y
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jbior.2016.09.009) - Qualitative and Quantitative Analysis of the Immune Synapse in the Human System Using Imaging Flow Cytometry. J Vis Exp. 2019; 143
Wabnitz GH, Kirchgessner H, Samstag Y
(Siehe online unter https://doi.org/10.3791/55345) - Spatial oxidation of L-plastin downmodulates actin-based functions of tumor cells. Nature Communications 2019, 10 (1):4073
Balta E., Hardt R, Liang J, Kirchgessner H, Orlik C, Jahraus B, Hillmer S. Meuer S, Hübner K, Wabnitz G, Samstag Y
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41467-019-11909-z)
