Frankfurt (Main), University, Diss., 2008.

La fonction de cytolyse est un mécanisme majeur des effecteurs du système immunitaire pour éliminer les cellules infectées ou tumorales. Cette fonction associe l'activité de la perforine, qui forme des pores dans la membrane d'une cellule cible, à la sécrétion de protéases: les granzymes. Ces dernières sont des molécules pro-apoptotiques qui induisent la mort de la cellule cible. Les granzymes et en particulier granzyme B ciblent plusieurs voies intracellulaires complémentaires pour assurer l'efficacité de la cytolyse. Or il est difficile d'observer directement la fonction de cytolyse au cours de réponse immunitaire in vivo dans des conditions physiologiques. Dans les travaux présentés dans cette thèse, nous avons développé un nouveau modèle qui permet de suivre la fonction de cytolyse en temps réel par l'expression d'une protéine de fusion fluorescente GZMB-tdTomato. Les résultats obtenus par expression rétrovirale ont montré que la protéine de fusion est correctement exprimée dans les vésicules cytolytiques qui deviennent fluorescentes. Dans un second temps, nous avons réalisé un nouveau modèle murin qui exprime GZMB-tdTomato de manière substituée au GZMB natif par recombinaison homologue (Knock In). Nous avons mis en évidence que la protéine de fusion conserve l'activité catalytique de la protéine native et ses caractéristiques (conditions d'expression, de maturation, de sécrétion et demeure active après le passage dans la cellule cible lors de la cytolyse). En utilisant un modèle murin exprimant un TCR transgénique nous avons pu suivre le déroulement de la fonction de cytolyse de lymphocytes cytotoxiques en temps réel par video microscopies. / Cytolysis is a major function used by the immune system's effectors to kill infected or tumor cells. Cytolysis depends on the pore forming protein perforin and the secretion of proteases of the granzyme family. Granzymes, including granzyme B (GZMB) have pro-apoptotic features and induce target cell death. Several complementary pathways are triggered by granzymes to ensure efficient cytolysis. It remains difficult to directly observe cytolysis during in vivo immune responses under physiological conditions. In this PhD we developed a new model to visualize cytolytic function in real time by expression of a fusion protein: GZMB-tdTomato. Results obtained from retroviral transduction showed that the fusion protein is correctly expressed in cytolytic vesicles, which became fluorescent. We then constructed a new mouse model by homologous recombination (Knock In) that express GZMB-tdTomato substituted for the native GZMB. The fusion protein conserves the catalytic activity of GZMB and its features (expression, maturation, secretion conditions) and remains active after its passage into target cells. Using TCR transgenic OTI cells, we followed the sequence of events of cytolysis from lymphocytes in real time by videomicroscopy. We also observed the cytolytic vesicles relocalization towards the cell contact zone and the death of target cell by cytolysis. Finally, we studied in vivo differentiation of naïve lymphocyte to cytolytic effector cells (the acquisition of cytolysis) and target cell death after bacterial infection.

In dieser Arbeit wurde die Zytolyse, die durch HIV-spezifische zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) bewirkt wird, untersucht. Grundsätzlich erscheinen in der Abwehr viraler Infekte sowohl CD4+ wie CD8+ CTL. In chronisch HIV-Infizierten sind in der Regel lediglich CD8+ CTL zu finden. HIV-spezifische CD4+ CTL können aber zum Beispiel in Impfstudien aus Probandenblut isoliert werden. Sie erwiesen sich als zytolytisch aktiv und waren außerdem, wie in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden konnte, auch an einer Fusions-vermittelten Lyse beteiligt. Diese ist Kalzium-unabhängig, auch mit heterologen Zellen möglich und die Expression des HIV-gp120 an der Zelloberfläche der Zielzellen ist essentiell, während die Präsentation von gp120 Epitopen nicht ausreicht. Die Konsequenz dieser Lyseform ist die apoptotische Zerstörung aller beteiligten Zellen. CD4+ HIV-spezifische CTL können über diesen Lysemechanismus bereits in der akuten Phase der Infektion einer negativen Selektion unterliegen, was ein Grund für das Fehlen der HIV-spezifischen CD4+ CTL in chronisch Infizierten darstellen kann. HIV-spezifische CD8+ CTL konnten aus einem HIV-positiven Patienten isoliert werden. Insgesamt wurden fünf Klone näher charakterisiert. Zwei erkannten jeweils ein Epitop aus unterschiedlichen Bereichen des extrazellulären Anteils des Glykoproteins, einer einen Bereich des p17-Anteils und zwei dasselbe Epitop im p24-Anteil des gag-Proteins. Dieses Epitop, plaziert innerhalb der Aminosäuren 71 bis 85, konnte hier zum erstenmal für die Präsentation mit HLA B51 beschrieben werden. In der spezifisch induzierten Lyse wiesen alle CD8+ CTL-Klone zwei Lysemechanismen auf, einen Perforin-vermittelten und einen CD95-vermittelten Anteil. Die CD95-vermittelte Lyse war stets prozentual geringer, und zusätzlich, sowohl Klon- wie Zielzell-spezifisch, unterschiedlich stark ausgeprägt . In HIV-infizierten primären Zellen ließ sich kein CD95-Anteil signifikant nachweisen, was darauf hinweist, daß dieser Lysemechanismus wahrscheinlich keine Rolle bei der Zerstörung infizierter Zellen im peripheren Blut spielt. In anderen Geweben kann sich die Situation unterschiedlich darstellen. Desweiteren konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, daß das Vakzinia-Virus B13R-Genprodukt die CD95-vermittelte Apoptose hemmt. Daher muß bei der Untersuchung apoptotischer Vorgänge, die Wahl der eingesetzten Vektoren genauestens bedacht werden. / In this work the HIV-specific cytotoxic T-lymphocyte (CTL) mediated cytolysis was investigated. Normally CD4+ and CD8+ CTL are generated to defend viral infections. In chronically infected HIV-patients generally only CD8+ CTL are detectable. But HIV-specific CD4+ CTL can be isolated fram blood of HIV-vaccine candidates, for example. These CTL were cytolytic active and, as shown in this work for the first time, were also involved in fusion-mediated lyses. This lyses is independent of extracellular calcium, works with heterologous cells and the expression of HIV-gp 120 at the cell surface is essential. A presentation of gp 120 epitopes by HLA is not sufficient. In consequence this form of lysis is destructive in an apoptotic manner for all participating cells. CD4+ HIV-specific CTL could be negative selected by this mechanism in the early stage of infection. This could be a reason for the absence of HIV-specific CD4+ CTL in chronically infected patients. HIV-specific CD8+ CTL were isolated from one patient. Five were characterized in more detail. Two of them recognized an epitope in different parts of the extracellular region of the glycoprotein, one discerned the p17-protein and two the same epitope of the p24-part of the gag-protein. This epitope, localized between amino acids 71 to 85, is here reported for the fist time for presentation with HLA B51. In specific induced lyses all CD8+ CTL-clones presented two lyses-mechanisms, a perforin-mediated and a CD95-mediated portion. The CD95-mediated lyses always showed lower percentages and differed dependant on the CTL-clone and the target-cells in its markedness. For HIV-infected primary cells no significant CD95-mediated lyses was detectable, leading to that there is no role for this lyses mechanism in destruction of infected cells in peripheral blood. In other tissues the situation can differ. In this work, furthermore the inhibition of CD95-mediated apoptosis by the Vaccinia Virus B13R gene product was proven. Therefore, the vectors used in investigations of apoptosis has to be chosen carefully.