CD4+-T-Helferzellen sind in großer Zahl in der entzündeten Synovialmembran bei rheumatoider Arthritis (RA) sowie in Arthritismodellen vorhanden und spielen mit großer Wahrscheinlichkeit eine bedeutende Rolle in der Pathogenese von Arthritiden. Bei der präventiven Behandlung mit drei verschiedenen Anti-CD4 monoklonalen Antikörpern (mAk) im Modell der Adjuvansarthritis der Ratte (AA) wurden abhängig von dem jeweils eingesetzten mAk unterschiedliche klinische Verbesserungen beobachtet. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand deshalb die Suche nach Parallelen zwischen der unterschiedlichen klinischen Effizienz der Anti-CD4 mAk W3/25, OX35 (klinisch effizient) und RIB5/2 (klinisch ineffizient) bei der präventiven Therapie der AA und ihren in vitro Effekten auf TZell-Funktionen als Erklärung für die unterschiedlichen Therapieeffekte. Keine klaren Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz ergaben sich bei den folgenden Untersuchungen: 1.) Bestimmung der Affinitäten der mAk zum CD4-Molekül. 2.) Inhibition der Proliferation in der primären gemischten Lymphozytenkultur (1° MLC) mit CD4+-T-Zellen und CD8+-T-Zellen durch die drei mAk 3.) Beeinflussung der Produktion der Zytokine IL-2, IFNg, IL-10 und IL-4 in verschiedenen experimentellen Ansätzen (sekundäre MLC nach Anwesenheit der mAk in der 1° MLC, Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels der mAk nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR). 4.) Einfluss der drei Anti-CD4 mAk auf die TZR-vermittelte Apoptose. 5.) Mobilisierung von intrazellulärem Kalzium durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 6.) Aktivität der Tyrosinkinasen p56lck und p59fyn nach CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 7) Phosphorylierung des Shc-Adaptermoleküls durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der drei mAk. 8.) Effekte der drei mAk auf die Aktivität der Transkriptionsfaktoren NF-AT und AP-1. Dagegen ergaben sich bei den Untersuchungen zur Produktion von TNFa und zur Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kB eindeutige Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz: 1.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR induzierte eine signifikant höhere Sekretion von TNFa als mit den mAk W3/25 und OX35. 2.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR führte zu einer signifikant stärkeren Erhöhung der Aktivität von NF-kB als mit den mAk W3/25 und OX35. Beide differentiellen Effekte könnten daher die Erklärung für die unterschiedliche klinische Effizienz der drei Anti-CD4 mAk darstellen.

CD4+-T-Helferzellen sind in großer Zahl in der entzündeten Synovialmembran bei rheumatoider Arthritis (RA) sowie in Arthritismodellen vorhanden und spielen mit großer Wahrscheinlichkeit eine bedeutende Rolle in der Pathogenese von Arthritiden. Bei der präventiven Behandlung mit drei verschiedenen Anti-CD4 monoklonalen Antikörpern (mAk) im Modell der Adjuvansarthritis der Ratte (AA) wurden abhängig von dem jeweils eingesetzten mAk unterschiedliche klinische Verbesserungen beobachtet. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand deshalb die Suche nach Parallelen zwischen der unterschiedlichen klinischen Effizienz der Anti-CD4 mAk W3/25, OX35 (klinisch effizient) und RIB5/2 (klinisch ineffizient) bei der präventiven Therapie der AA und ihren in vitro Effekten auf TZell-Funktionen als Erklärung für die unterschiedlichen Therapieeffekte. Keine klaren Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz ergaben sich bei den folgenden Untersuchungen: 1.) Bestimmung der Affinitäten der mAk zum CD4-Molekül. 2.) Inhibition der Proliferation in der primären gemischten Lymphozytenkultur (1° MLC) mit CD4+-T-Zellen und CD8+-T-Zellen durch die drei mAk 3.) Beeinflussung der Produktion der Zytokine IL-2, IFNg, IL-10 und IL-4 in verschiedenen experimentellen Ansätzen (sekundäre MLC nach Anwesenheit der mAk in der 1° MLC, Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels der mAk nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR). 4.) Einfluss der drei Anti-CD4 mAk auf die TZR-vermittelte Apoptose. 5.) Mobilisierung von intrazellulärem Kalzium durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 6.) Aktivität der Tyrosinkinasen p56lck und p59fyn nach CD4-Kreuzvernetzung mittels der mAk. 7) Phosphorylierung des Shc-Adaptermoleküls durch CD4-Kreuzvernetzung mittels der drei mAk. 8.) Effekte der drei mAk auf die Aktivität der Transkriptionsfaktoren NF-AT und AP-1. Dagegen ergaben sich bei den Untersuchungen zur Produktion von TNFa und zur Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kB eindeutige Parallelen zur differentiellen klinischen Effizienz: 1.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 nach bzw. vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR induzierte eine signifikant höhere Sekretion von TNFa als mit den mAk W3/25 und OX35. 2.) Die Kreuzvernetzung des CD4-Moleküls mittels des mAk RIB5/2 vor einer Stimulation von CD4+-T-Zellen über den TZR führte zu einer signifikant stärkeren Erhöhung der Aktivität von NF-kB als mit den mAk W3/25 und OX35. Beide differentiellen Effekte könnten daher die Erklärung für die unterschiedliche klinische Effizienz der drei Anti-CD4 mAk darstellen.

Die Ätiologie und Pathogenese autoimmuner Lebererkrankungen sind nur unvollständig verstanden. Bei der primär sklerosierenden Cholangitis bzw. bei der autoimmunen Hepatitis sind Cholangiozyten der größeren Gallengänge und Hepatozyten die Zielzellen der Autoimmunreaktion in der Leber. Mausmodelle sind zur Analyse initialer pathophysiologischer Prozesse notwendig und tragen zum besseren Verständnis der immunologischen Vorgänge in der Leber bei. Mit Hilfe transgener Mauslinien, die das Modellantigen Ovalbumin gewebespezifisch in den Cholangiozyten (ASBT-OVA) oder in den Hepatozyten (TF-OVA) exprimieren, sowie adoptiven Transfers antigenspezifischer CD4+ und CD8+ T-Zellen wurden Untersuchungen zur Antigenpräsentation, T-Zell-Aktivierung und Toleranzinduktion in der Leber durchgeführt. Die Expression von Ovalbumin in Cholangiozyten resultierte in einer Aktivierung der CD8+ T-Zellen in der Leber und den Lymphknoten. Im Gegensatz dazu ignorierten naive CD4+ T-Zellen das Antigen und wurden nicht aktiviert. Die Expression von Ovalbumin in Hepatozyten resultierte in einer vollständigen Aktivierung der CD8+ T-Zellen zu Effektorzellen über Kreuzpräsentation durch professionelle antigenpräsentierende Zellen (APZ) in der Leber. Diese Aktivierung war transient und selbst-limitiert. Die Induktion von CD4+Foxp3+ regulatorischen T-Zellen trug entscheidend zur Limitierung der induzierten Autoimmunität und Kontrolle der Expansion von antigenspezifischen CD8+ T-Zellen bei. Naive CD4+ T-Zellen benötigten die Aktivierung durch APZ in einem anderen Organ, bevor sie in die Leber relokalisierten und wiesen keinen Effektorphänotyp auf. Beide Modelle repräsentieren nicht die chronische Eigenschaft humaner autoimmuner Lebererkrankungen, ermöglichen jedoch Untersuchungen zum besseren Verständnis der Rolle verschiedener T-Zell-Populationen in der Pathogenese autoimmuner Lebererkrankungen sowie der Antigenpräsentation und Aktivierung von T-Zellen durch hepatisches Antigen. / Aetiology and pathogenesis of autoimmune liver diseases are still incompletely understood. Cholangiocytes of the larger bile ducts and hepatocytes are the target structures of autoimmune reactions in the liver in primary sclerosing cholangitis and autoimmune hepatitis, respectively. Mouse models are necessary to analyse initial pathophysiological processes and contribute to a better understanding of immunological processes in the liver. With the help of transgenic mouse strains, in which the model antigen ovalbumin is expressed specifically in the cholangiocytes (ASBT-OVA) or in hepatocytes (TF-OVA), as well as the adoptive transfer of antigen specific CD4+ and CD8+ T cells, antigen presentation, T cell activation and tolerance induction in the liver, were analyzed. Expression of ovalbumin in cholangiocytes resulted in activation of CD8+ T cells in the liver and lymph nodes. In contrary, naïve antigen specific CD4+ T cells ignored the antigen expressed by cholangiocytes and were not activated. Expression of ovalbumin in hepatocytes resulted in complete activation of CD8+ T cells to become effector cells by crosspresentation depending on professional antigen presenting cells (APCs) in the liver. This activation was transient and self-limiting. Induction of CD4+Foxp3+ regulatory T cells played a crucial role in limiting autoimmunity and controlling the expansion of antigen specific CD8+ T cells in the liver. By contrast, naïve CD4+ T cells required activation by professional APCs in a different organ before relocating to the liver and did not display an effector phenotype. Both models do not represent the chronic characteristics of human autoimmune liver diseases, but help to gain a better understanding regarding the role of specific T cell populations in the pathogenesis of autoimmune liver diseases, as well as regarding antigen presentation and activation of T cells by hepatic antigen.

Langlebige Gedächtnis-CD4 T Lymphozyten spielen eine entscheidende Rolle für die Bildung, Erhaltung und Reaktivierung anderer Gedächtnislymphozyten. Im Verlauf einer Immunreaktion wandern einige antigen-erfahrene CD4 T Zellen aus den sekundär lymphoiden Organen (SLO) ins Knochenmark (KM), wo sie als professionelle Gedächtnis-CD4 T Zellen ruhen und überdauern. Es ist jedoch weitgehend unverstanden wie die Vorläuferzellen in SLO gebildet werden. Der erste Teil dieser Arbeit identifiziert aktivierte CD49b+T-bet+/CXCR3+ CD4 T Zellen der Milz als Vorläuferzellen von KM-Gedächtnis-CD4 T Zellen. Der zweite Teil der Arbeit zeigt, dass die Vorläuferzellen nach einer verstärkten Zellproliferation und längerer kognitiver Interaktion mit dendritischen Zellen während der späten Aktivierungsphase der primären Immunantwort entstehen. Die Behandlung mit einem Zytostatikum oder die späte Blockade des kostimulatorischen CD28/B7-Signalweges verhindert wiederum deren Generierung. Fluoreszenzfarbstoffmarkierungsexperimente zeigen, dass mit zunehmender Zellteilung die Expression des Chemokinrezeptors CCR7 in den Vorläuferzellen verringert ist und die Expression des Zytokinrezeptors IL-2Rb erhöht ist. CCR7 ist für die Persistenz in der T-Zellzone von SLO entscheidend, sowie IL-2Rb für das langfristige Überleben der Zellen. Der dritte Teil dieser Arbeit untersucht die Rolle von B Zellen für die Etablierung des CD4 T-Zellgedächtnisses im KM. B Zellen wirken sich in der frühen Phase einer Immunantwort negativ auf die Akkumulation von Gedächtnis CD4 T Vorläuferzellen im KM aus, beeinflussen jedoch nicht die Proliferation von aktivierten CD4 T Zellen in der Milz während der Aktivierungsphase. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern neue Einblicke in die Generierung von Gedächtnis CD4 T Zellen des KM, die für neue Ansätze zur therapeutischen Stärkung des Immungedächtnisses im Rahmen von Impfungen oder dessen Ablation bei Autoimmunerkrankungen beitragen können. / Long-lived memory CD4 T lymphocytes play a crucial role in the generation, maintenance and reactivation of other memory lymphocytes. During an immune reaction, some antigen-experienced CD4 T cells relocate from secondary lymphoid organs (SLOs) to the bone marrow (BM) and reside and rest there as professional memory CD4 T cells. However, it remains elusive how the precursors of BM memory CD4 T cells are generated in SLOs. The first part of this thesis identifies splenic CD49b+T-bet+/CXCR3+ activated CD4 T cells as the precursors of BM memory CD4 T cells. The second part of this thesis describes that precursors of BM memory CD4 T cells are generated following enhanced cell proliferation and prolonged cognate interactions with dendritic cells (DCs) during the late activation phase of a primary immune response. Treatment with a cytostatic drug or blockage of the CD28/B7 costimulatory pathway in the late activation phase in turn abrogates the generation of precursors of BM memory CD4 T cells. Fluorescent-dye labeling experiments demonstrate that the more CD49b+CXCR3+ activated CD4 T cells divide, the more they lose the expression of CCR7, a chemokine receptor crucial for the persistence in the T cell zone of SLOs, and gain the expression of IL-2Rb, a cytokine receptor crucial for long-term survival. The third part of this thesis investigates the role of B cells for the establishment of resting CD4 T cell memory in the BM. B cells negatively impact the accumulation of memory CD4 T cell precursors in the BM during the early phase of an immune response but do not affect the cell division of activated CD4 T cells in the spleen during the activation phase. In sum, the results obtained in this thesis provide new insight into the generation of BM memory CD4 T cells that may help for the therapeutic strengthening of immune memory in the context of vaccination or its abolishment within the scope of autoimmune diseases.

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Immunologische Toleranz ist eine elementare Eigenschaft des Immunsystems, die primär durch die klonale Deletion autoreaktiver T-Zellen im Thymus gewährleistet wird. Neben diesem als zentrale Toleranz bezeichneten Mechanismus, verfügt ein Organismus gleichzeitig über periphere Toleranzmechanismen wie Ignoranz, Anergie und regulatorische T-Zellen. Trotz dieser Kontrollmechanismen können in bestimmten Situationen autoreaktive CD4+ und CD8+ T-Zellen aktiviert werden und meistens zu örtlich und zeitlich begrenzten Autoimmunreaktionen führen. Ursache hierfür kann die hormonelle Regulation oder das gewebespezifische Vorkommen eines Selbsttantigens sein. Am Beispiel von HSP60-kreuzreaktiven CD8+ T-Zellen konnte gezeigt werden, dass der Transfer dieser T-Zellen in Tiere zu einer Entzündung des Dünndarms aber nicht des Dickdarms führt, obwohl das Selbstantigen im letzteren wesentlich stärker exprimiert wird. Die Gewebespezifität der Autoimmunpathologie konnte durch die in den Organen unterschiedliche, proteasomale Antigenprozessierung, erklärt werden. Proteinbiochemische und immunologische Analysen ergaben, dass sich die 20S Proteasomen verschiedener Organe strukturell und funktionell deutlich unterscheiden und somit jedes Gewebe ein individuelles Repertoire von MHC-Klasse I restringierten Peptiden präsentiert. Damit wurde ein weiterer Mechanismus entdeckt, durch den Reaktivität von protektiven und pathologischen CD8+ T-Zellen kontrolliert wird. / Immunological tolerance which is primarily mediated by the clonal deletion of autoreactive T cells in the thymus is a key feature of the immune system. Besides this central tolerance, several mechanisms act also in the periphery including ignorance, anergy and regulatory T cells. Despite all these checkpoints, autoreactive CD4+ and CD8+ T cells may still be activated causing local and time restricted autoimmune-reactions. This may refer primarily to self-antigens which are hormonally regulated or tissue-specifically expressed. Adoptive transfer of crossreactive, hsp60-specific CD8+ T cells into mice induced an local inflammation of the small intestine but not the colon despite elevated expression of hsp60 in the latter organ. The pathology could be explained by the finding that the proteasomal antigen processing varies between different organs. Biochemical and immunological analyses revealed that 20S proteasomes of different organs vary in their structural and functional properties indicating that every tissue displays an individual and distinct repertoire of MHC class I peptides. This represents a new mechanism by which the activity of protective and pathological CD8+ T cell responses may be controlled.

Auch unter physiologischen Bedingungen finden sich T-Zellen und andere Leukozyten nicht nur in den Sinusoiden, sondern auch im Parenchym der Leber. Da die Leber u. a. verschiedene Aufgaben für das Immunsystem übernimmt (z. B. Deletion aktivierter T Zellen, Induktion peripherer Toleranz), könnte die Akkumulation der T-Zellen in der Leber - neben der immunologischen Überwachung der Leber - Voraussetzung für ihre Modulation sein. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Leber-sinusoidalen Endothelzellen (LSEC), der Barriere zwischen Blut und Leber-Parenchym, auf CD4+ T-Zellen untersucht. Zum einen zeigte sich, dass die LSEC sowohl die spontane Transmigration der T-Zellen, als auch ihre Chemotaxis zu CXCL9 und CXCL12 effizienter unterstützen als andere Endothelien. Eine endotheliale Aktivierung durch die Chemokine wurde als Mechanismus ausgeschlossen. Dagegen schien eine effiziente Präsentation der Chemokine auf der luminalen LSEC-Oberfläche nach Aufnahme von abluminal für die gesteigerte Transmigration der T Zellen verantwortlich zu sein. Die LSEC könnten somit in vivo an der Rekrutierung von T-Zellen in die Leber beteiligt sein, indem sie eine rasche Wanderung der T-Zellen aus dem Blut ins Parenchym und möglicherweise auch zurück in die Zirkulation zulassen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die LSEC fähig sind, naive CD4+ T-Zellen in vitro Antigen-spezifisch zu aktivieren. Im Vergleich zu professionellen APZ war hierfür eine höhere Antigen-Dosis notwendig, die Expansion schwächer und es waren kaum Effektorzytokin-Produzenten detektierbar. Diese konnten jedoch durch Restimulierung mit professionellen APZ induziert werden (reversibler Phänotyp), was auf einen unreifen Differenzierungsstatus der T-Zellen schließen ließ. Es bleibt zu prüfen, in welchem Maße die Aktivierung naiver CD4+ T-Zellen durch LSEC in vivo stattfindet und diese durch LSEC aktivierten CD4+ T-Zellen funktionelle Bedeutung, z. B. regulatorische Kapazität, für das Immunsystem besitzen. / The liver plays a major role for the metabolism, but it is also of general importance for the immune system, e.g. for the deletion of activated T cells or the induction of peripheral tolerance. Under physiological conditions T cells and other leukocytes can be found in the liver, in the sinusoids as well as in the parenchyma. This hepatic accumulation of T cells might be due to immunosurveillance, but it would also be a prerequisite for modulation of T cells by hepatic cells. The present study investigated two different aspects of the interaction of liver sinusoidal endothelial cells (LSEC), the barrier between the sinusoidal lumen and the hepatic parenchyma, and CD4+ T cells. In the first part of the study it could be demonstrated that LSEC support the spontaneous transmigration of CD4+ T cells as well as their chemotaxis to CXCL12 and CXCL9 more efficiently than other endothelial cells. Whereas a direct endothelial activation by chemokines could be excluded the efficient chemokine presentation at the luminal LSEC surface (after abluminal uptake) might be responsible for the enhanced T cell transmigration. The findings suggest that LSEC might be involved in the recruitment of T cells by supporting a rapid transendothelial migration. The second part of the study focused on the characteristics of LSEC in the context of antigen presentation. LSEC were able to prime and expand naïve CD4+ T cells in vitro but less effective than professional APC as proven by weaker expansion of cells, a requirement for higher antigen concentration and the lack of cytokine producing T cells. The “immature effector” phenotype of the CD4+ T cells primed on LSEC was reversible since it could be overcome by restimulation on professional APC. In conclusion these data suggest that antigen presentation by LSEC results in activation but incomplete differentiation of CD4+ T cells.

Das Ziel dieser Arbeit war, die funktionellen Charkteristika von humanen antigenerfahrenen CD4-T-Zellen in Relation zur Expression von IL-7Ra und CCR7 zu untersuchen. Im Rahmen dessen wurden zwei verschiedene experimentelle Ansätze wurden gewählt: Zur Analyse von Populationen, die während einer Primärantwort auftreten, wurden antigenerfahrene CD4-T-Zellen in vitro mit TSST-beladenen dendritischen Zellen stimuliert. Der zweite Ansatz bestand darin, zirkulierende antigenerfahrene CD4-T-Zellen entsprechend ihrer CCR7- und IL7R-Expression zu isolieren, um die heterogenen zirkulierenden T-Zellen zu untersuchen. Die Experimente zeigen, daß IL7RhiCCR7+ T-Zellen Charakteristika zentraler Gedächtniszellen besitzen. IL7RlowCCR7–identifiziert hingegen Zellen mit Effektor-T-Zellmerkmalen. Dementsprechend wiesen IL7RlowCCR7– T-Zellen ein stark verringertes Zellüberleben auf, waren stark beeinträchtigt in darin in Anwesenheit von homöostatischen Zytokinen zu proliferieren und exprimierten nur wenig IL-2. Im Gegenzug überlebten IL7RhiCCR7+ T-Zellen gut, reagierten auf homöostatische Zytokine, sekretierten IL-2 und expandierten nach antigenspezifischer Stimulation. Interessanterweise erkannten ex vivo isolierte IL7Rlow T-Zellen vornehmlich persistierende Antigene. Dies weist darauf hin, daß diese Zellen chronisch aktiviert sind. In vitro konnte demonstriert werden, daß die funktionelle Ausprägung der den zentralen Gedächtniszellen ähnlichen IL7RhiCCR7+ T-Zellen deutlich von der Stärke der Stimulation während der Generierung der IL7RhiCCR7+ T-Zellen abhängt. Dieser Umstand stützt die Hypothese, daß die Quantität der Signale während der primären Stimulation die Richtung der Zelldifferenzierung bestimmt und ein solcher Mechanismus zur Heterogenität der zentralen Gedächtnis-T-Zellen in vivo beiträgt. Zusammenfassend kann man feststellen, daß, sich die Marker CCR7 und IL7R in Kombination als ein wertvoll zur Identifizierung von CD4-Gedächtnis- und –Effektor-T-Zellen erweisen / The aim of this work was to elucidate the functional characteristics of human antigen-experienced CD4 T cells according to the expression of IL7RAlpha and CCR7. Two different approaches were used: in order to analyze the subsets occurring during a primary response, antigen-experienced CD4 cells were analyzed in vitro after priming with the superantigen TSST. The signal strength of TCR-stimulation during the priming was modulated in order to understand how the levels of stimulation might influence the generation of memory-like T cells. The second approach was to isolate circulating CD4 T cells expressing different combinations of CCR7 and IL7R in order to analyze the heterogeneous pool of antigen-experienced cells found under steady state conditions ex vivo. The results revealed that both in vitro and ex vivo the IL7RhiCCR7+ T cell subset corresponds to cells with TCM characteristics whereas IL7RlowCCR7– identifies cells with effector characteristics. Correspondingly, IL7RlowCCR7–CD4 T cells showed low survival rates, impaired proliferation in the presence of homeostatic cytokines and a low IL-2 production, IL7RhiCCR7+ CD4 T cells survived well, responded to homeostatic cytokines, secreted IL-2 and expanded upon antigenic stimulation. Notably, ex vivo isolated IL7Rlow T cells preferentially recognized under steady state conditions persistent antigens, suggesting that these cells are chronically activated. Finally, it was demonstrated that IL7RhiCCR7+ TCM-like cells generated in vitro acquired different functional properties depending on the strength of stimulation during the priming. This fact supports the concept that the amount of signal received during the priming influences the cell fate decision contributing to the heterogeneity of the TCM pool in vivo. In summary, despite some differences observed between in vitro and ex vivo CD4 T cell subsets, the combination of the markers CCR7 and IL7R is useful to distinguish memory- from effector-like CD4 T cells.

Die Einwanderung von T-Zellen in ein Gewebe wird durch selektive Wechselwirkungen mit vaskulären Endothelzellen kontrolliert. In der vorliegenden Arbeit wurde der Frage nachgegangen, ob Interaktionen zwischen Lebersinusendothelzellen (LSEC) und CD4+ T-Zellen die gewebespezifische Migration von CD4+ T-Zellen beeinflussen und damit Relevanz für den Verlauf spezifischer Immunantworten haben. Die Präsentation von Antigenen durch zytokinaktivierte LSEC erhöhte die Adhäsion und Transmigration antigenspezifischer CD4+ T-Zellen. Die Daten deuten auf eine Rolle des Lebersinusendothels bei der entzündungsinduzierten, antigenabhängigen Rekrutierung von CD4+ T-Zellen in das Lebergewebe hin. Eine antigenabhängige Aktivierung naiver CD4+ T-Zellen durch LSEC sowie deren Bereitstellung von Retinolsäure induzierte die Expression von darmspezifischen Homingrezeptoren auf CD4+ T-Zellen. LSEC-aktivierte CD4+ T-Zellen migrierten in das Darmgewebe von C57BL/6-Mäusen. Die Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass LSEC einen darmspezifischen Homingphänotyp und damit die Migration von in der Leber aktivierten CD4+ T-Zellen in den Darm induzieren. Die Bereitstellung von Chemokinen durch LSEC mittels Transzytose und Immobilisierung verstärkte die Transmigration von CD4+ T-Zellen durch das Endothel. Die Gabe eines Inhibitors der endothelialen Chemokintranszytose während einer Concanavalin A-induzierten Autoimmunhepatitis supprimierte den Verlauf der Hepatitis und führte zu einer verminderten Migration von aktivierten CD4+ T-Zellen in das Lebergewebe. Diese Daten weisen dem Lebersinusendothel eine aktive Beteiligung in der chemokinabhängigen Rekrutierung von CD4+ T-Zellen in die Leber zu. In der vorliegenden Arbeit wurde die Modulation der gewebespezifischen Migration von CD4+ T-Zellen über Antigenpräsentation und Chemokinbereitstellung durch das Lebersinusendothel gezeigt und damit weitere spezifische Aspekte in der Funktion der Leber als immunologisches Organ beschrieben. / T-cell immigration into a tissue is controlled by selective interactions with vascular endothelial cells. The present study addressed the question if interactions between liver sinusoidal endothelial cells (LSEC) and CD4+ T cells influence the tissue-specific migration of CD4+ T cells and thus have relevance for the course of specific immune responses. Antigen presentation by cytokine-activated LSEC increased adhesion and transmigration of antigen-specific CD4+ T cells. These results indicate an involvement of LSEC in the inflammation-induced, antigen-specific migration of CD4+ T cells into the liver tissue. Antigen-specific activation of naive CD4+ T cells by LSEC and their supply of retinoic acid induced expression of gut-specific homing receptors on CD4+ T cells. LSEC-activated CD4+ T cells migrated into the intestine of C57BL/6 mice. The findings presented here imply that LSEC induce a gut-specific homing phenotype resulting in migration of liver-activated CD4+ T cells into the intestine. The active supply of chemokines by LSEC via transcytosis and immobilization enhanced transmigration of CD4+ T cells. Administration of an inhibitor of the endothelial chemokine transcytosis during Concanavalin A-induced autoimmune hepatitis suppressed hepatitis and resulted in reduced migration of activated CD4+ T cells into the liver tissue. The data show the impact of LSEC on the chemokine-dependent recruitment of CD4+ T cells into the liver. In the present study the modulation of the tissue-specific migration of CD4+ T cells by LSEC via antigen presentation and supply of chemokines was demonstrated. Thus, additional functional aspects concerning the immunologic functions of the liver were described.

Hintergrund: Die Funktion von Immunzellen hängt von einer konstanten und ausreichenden Energieversorgung ab, die über die OXPHOS in den Mitochondrien und die Glykolyse im Zytosol realisiert wird. Die wichtigsten Substrate dafür sind Sauerstoff und Glukose. Fragestellung: Bei schweren Erkrankungen oder in Entzündungsgebieten ist die zelluläre Energieversorgung stark beeinträchtigt, weil in der Mikroumgebung der Zelle Sauerstoff und Nährstoffe inadäquat bereitgestellt werden. Ziel war herauszufinden, ob und wie humane Immunzellen ihre Lebensfähigkeit und funktionellen Aktivitäten unter solchen Umständen aufrechterhalten. Methoden: Humane CD4+ T-Zellen und CD14+ Monozyten wurden durch MACS aus peripherem Blut gesunder Spender isoliert. Die Sauerstoffverbrauchsmessung mittels Clark-Elektrode war Maß der oxidativen Energiebildung, die mit Myxothiazol und Glukoseentzug gehemmt wurde. Die CD3/CD28-stimulierte T-Zell-Proliferation wurde durchflußzytometrisch mittels CFDA SE analysiert. Basierend auf dem Paraformaldehyd-Saponin-Prozedere wurde die Zytokinsynthese ebenfalls am FACS bewertet, nachdem die T-Zellen in Anwesenheit von Brefeldin A mit PMA/Ionomycin stimuliert wurden. Mit einem käuflichen Testsystem (FACS-Technik) wurde die monozytäre Phagozytose untersucht. Die HIF-1alpha-Expression wurde nach PMA-Ionomycin-Stimulation von Myxothiazol-behandelten T-Zellen auf mRNA- und Proteinebene gemessen. Ergebnisse: Bei Glukoseanwesenheit waren alle untersuchten Immunfunktionen trotz vollständig gehemmter OXPHOS unbeeinträchtigt. Erst bei gleichzeitigem Glukoseentzug, der per sé Proliferation und Phagozytose signifikant beeinträchtigte, waren sie signifikant vermindert. Es wird vermutet, daß T-Zellen die Energieverluste mit einem überschießenden Effekt ihres Sauerstoffverbrauchs und stark angetriebener Glykolyse kompensieren. HIF-1alpha ist dabei nicht entscheidend für die Umschaltung auf anaerobe Energiesynthese. Schlußfolgerung: Die Daten quantifizieren die Energieanforderungen der funktionellen Aktivität in hochgereinigten humanen Immunzellfraktionen. Es wurde nachgewiesen, daß sich Immunzellen unerwartet lange an eine massiv beeinträchtigte Energetik adaptieren können und ihre spezifischen Funktionen aufrechterhalten. / Background: The function of immune cells is dependent upon a constant and adequate supply of energy. Energy is formed via OXPHOS in the mitochondria and via cytosolic glycolysis. Oxygen and glucose are the main substrates for energy synthesis. Objective: In severe diseases or in inflamed areas cellular energy supply is significantly impaired due to inadequate supply of cellular microenvironment with oxygen and nutrients. The aim of this study was to answer the question, whether and how human immune cells maintain viability and functional activity under these circumstances. Methods: Human CD4+ T cells and CD14+ monocytes were isolated by MACS from peripheral blood of healthy donors. The extent of oxidative energy formation was determined via measurement of oxygen consumption using a Clark type electrode. Energy production was restricted in glucose-free cell culture medium and by gradually inhibited OXPHOS using myxothiazol. T cell proliferation was flow-cytometrically analysed using CFDA SE after stimulation with CD3 and CD28 antibodies. Cytokine synthesis was assessed by flow-cytometrical immunofluorescence and the paraformaldehyde-saponin procedure after stimulation of T cells with PMA/ionomycin in the presence of brefeldin A. Phagocytosis of monocytes was measured using a commercial test system (FACS technique). HIF-1alpha expression was assessed by semiquantitative PCR and immunoblot after the stimulation of myxothiazol treated T cells with PMA/ionomycin. Results: In glucose-containing medium all investigated immune functions were unaffected even under complete suppression of OXPHOS. Only when OXPHOS and glycolysis were simultaneously and almost completely suppressed a significant decrease was found. Glucose deprivation per se caused both a significantly reduced proliferation and phagocytosis. It is supposed, that T cells are able to compensate for an energy deficit by an excess of oxygen consumption and strongly induced glycolysis. However, HIF-1alpha was found to be not crucial for switching to anaerobic energy synthesis. Conclusion: These data quantify the energy requirement of functional activity in highly purified human immune cell fractions. An unexpectedly high adaptive potential of immune cells to maintain specific functions even under massively impaired energetic conditions could be demonstrated.