Identifikation und Funktion der TCR-assoziierten Lipide bei der T-Zell Aktivierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Transmembran (TM)-Proteine sind entscheidend für die Kommunikation von Zellen mit ihrer Umgebung. Trotzdem ist kaum untersucht, ob die TM Domänen von Proteinen spezifisch Lipide der Membran binden und ob diese Interaktionen ihre Aktivität regulieren. Diese Fragestellungen haben wir am T Zell Antigen Rezeptor (TCR) untersucht. Der TCR ist auf den T Lymphozyten des Immunsystems exprimiert, und kann nach der Bindung an pathogene Antigene eine Immunantwort gegen das Pathogen auslösen. Er besteht aus den Untereinheiten TCRα, TCRβ, CD3ε, CD3γ, CD3δ und CD3ζ, die alle TM Proteine sind. Mit Hilfe von radioaktiven, reaktiven Photolipiden und einem Lipid Pull Down (PD) Assay, konnten wir zeigen, dass Cholesterin an die TCRβ TM Region bindet. Diese Interaktion ist spezifisch, da andere Untereinheiten oder Proteine nicht an Cholesterin und andere Lipide, wie z.B. C18:0-Phosphatidylcholin, nicht an den TCR gebunden haben. Wir konnten zeigen, dass die Bindung von Cholesterin und Sphingomyelin an den TCR ein Nanoclustering des TCRs auslöst. Diese Lipid-induzierten Nanocluster binden Antigene mit erhöhter Avidität und tragen zu der erhöhten Sensitivität von Gedächtnis T Zellen im Vergleich zu naiven T Zellen bei. Die Information, dass ein Antigen an TCRαβ gebunden hat, wird durch die Membran zu den zytosolischen Tails von CD3 geleitet, die daraufhin phosphoriliert werden. Durch eine Mutation der TCRβ TM Domäne, die zum Verlust der Cholesterinbindung führt, oder durch Erniedrigung der Cholesterinkonzentration in der Membran, konnten wir den nichtantigengebundenen TCR in die offene und aktive Konformation bringen. In der Tat hat die Cholesterin-TCRβ Interaktion den TCR in einem geschlossenen und inaktiven Zustand gehalten. Antigenbindung führte zu einer Dissoziation von Cholesterin vom TCR und der Öffnung der TCR Struktur (Konformationsänderung an CD3). Erst dann konnten die zytosolischen Tails von CD3 phosphoriliert werden. Wir konnten also die Antigen-induzierte Cholesterindissoziation von TCRβ als einen wichtigen Schritt identifizieren, der die Phosphorilierung des TCRs reguliert. In diesem Projekt haben wir gezeigt, dass es eine spezifische Interaktion zwischen einem Lipid und der TM Domäne eines Proteins gibt. Bezüglich der Funktion dieser Wechselwirkung konnten wir einen molekularen Mechanismus aufklären mit dem eine Lipid- Rezeptor Interaktion die Aktivität des Rezeptors reguliert. In der nationalen Presse haben unsere Befunde zur Rolle von Cholesterin am TCR ein großes Echo hervorgerufen. Einige Beispiele sind hier aufgelistet: Sächsische Zeitung 31.12.2012: „Cholesterin fördert das Gedächtnis des Immunsystems“ Landauer Zeitung 29.12.2012: „Das Gedächtnis der Zellen“ EchoFM Radio 9.1.2013: Interview mit Wolfgang Schamel über die Rolle von Cholesterin im Immunsystem LaborPraxis 29.01.2013: „Cholesterin hilft dem Immunsystems“ suite101.de 23.12.2012: „Immunsystem: Cholesterin hilft Gedächtniszell-T-Zell-Rezeptoren“ BIO PRO Baden-Württemberg 11.02.2013: „Cholesterin fördert das Gedächtnis des Immunsystems“ MEDICA.de 03.01.2013: „Cholesterin: Gut für das Gedächtnis des Immunsystems“ meatNmore Gesundheit 15.01.2013: „Cholesterin fördert das Gedächtnis des Immunsystems“
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012) Cholesterol and sphingomyelin drive ligand-independent T-cell antigen receptor nanoclustering. J. Biol. Chem. 287, 42664-42674
Molnar, E., Swamy, M., Holzer, M., Beck-Garcia, K., Worch, R., Thiele, C., Guigas, G., Boye, K., Luescher, I. F., Schwille, P., Schubert, R., and Schamel, W. W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.M112.386045) - (2012) Meeting report: Signal transduction meets systems biology. Cell Commun. Signal. 10, 11
Louis-Dit-Sully, C., Kubatzky, K. F., Lindquist, J. A., Blattner, C., Janssen, O., and Schamel, W. W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1478-811X-10-11) - (2013) Analysis of interactions between proteins and fatty acids or cholesterol using a fatty acid/cholesterol pull-down-assay. Anal. Biochem. 436, 75-77
Beck-Garcia, E., Beck-Garcia, K., Schlosser, A., and Schamel, W. W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ab.2013.01.026) - (2013) Organization of the resting TCR in nanoscale oligomers. Immunol. Rev. 251, 13-20
Schamel, W. W., and Alarcon, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/imr.12019) - (2013) Semi-automatic determination of cell surface areas used in systems biology. Front. Biosci. 5, 533-545
Morath, V., Keuper, M., Rodriguez-Franco, M., Deswal, S., Fiala, G., Blumenthal, B., Kaschek, D., Timmer, J., Neuhaus, G., Ehl, S., Ronneberger, O., and Schamel, W. W.
- (2014) Activation of the TCR complex by peptide-MHC and superantigens. Exs. 104, 9-23
Louis-Dit-Sully, C., Blumenthal, B., Duchniewicz, M., Beck-Garcia, K., Fiala, G. J., Beck- Garcia, E., Mukenhirn, M., Minguet, S., and Schamel, W. W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-0348-0726-5_2)
