Verstärkte Anstrengungen zur Förderung der T-Zell-basierten Immunität haben eine zwingende Notwendigkeit für unser Verständnis der menschlichen T-Zell-Funktion und –Erhaltung geschaffen. Das Paradigma, dass Gedächtnis-T-Lymphozyten kontinuierlich durch den Körper zirkulieren wurde vor kurzem durch die Entdeckung der Gedächtnis-T-Zellen, die in einer Vielzahl von Geweben, einschließlich des Knochenmarks angesiedelt sind, herausgefordert. Allerdings bleibt der Unterschied zwischen Funktionsweise von zirkulierenden und gewebeansässigen Gedächtnis-T-Zellen nur unzulänglich verstanden. Die Knochenmark ist die Heimat für eine große Anzahl Gedächtnis-T-Zellen. CD4+ Gedächtnis-T-Zellen aus dem Knochenmark beinhalten ein breites Spektrum an Antigenspezifitäten. Interessanterweise wurden CD4+ Gedächtnis-T-Zellen spezifisch für systemische Kindheitsantigene im Knochenmark von älteren Menschen gefunden, auch wenn sie nicht mehr in der Blutzirkulation nachgewiesen werden konnten. Gedächtnis-T-Zellen aus dem Knochenmark sind sesshaft und ruhend und Langzeitgedächtnis gegen systemische Antigene erhalten. Sowohl der Überlebensmechanismus von Gedächtnis-T-Zellen, als auch die Kapazität von gewebsansässigen Gedächtnis-T-Zellen nach einer systemischen Herausforderung mobilisiert zu werden, sind bisher nur unzureichend geklärt. Ich habe gezeigt, dass Gedächtnis-T-Zellen aus dem peripheren Blut und Knochenmark unterschiedliche Überlebensfähigkeiten haben. Weiterhin habe ich die Rolle von Überleben Faktoren in ihrer Erhaltung identifiziert. Zudem habe ich bestimmt, dass Gedächtnis-T-Zellen aus dem Blut und Knochenmark unterschiedliche Zellpopulationen sind, mit unterschiedliche TCRβ Repertoires. Schließlich konnte ich zeigen, dass sesshafte Gedächtnis-T-Zellen, die spezifisch für systemische Antigene sind, schnell in die Blutzirkulation mobilisiert werden. Zusammenfassend bieten diese Studien ein umfassenderes Verständnis der Funktion und des Erhalts des immunologischen Gedächtnisses. / Intensified efforts to promote protective T cell-based immunity in vaccines and immunotherapies have created a compelling need to expand our understanding of human T cell function and maintenance. The paradigm that memory T lymphocytes are continuously circulating through the body in search of their cognate antigen has been recently challenged by the discovery of memory T cells residing in a variety of tissues, including the bone marrow (BM). However, the division of labor and lifestyle of circulating versus tissue resident memory T cells remains poorly understood. The human BM is home to a great number of memory T cells. BM memory CD4+ T cells contain a wide array of antigen specificities. Interestingly, memory CD4+ T cells specific for systemic childhood antigens have been found in the BM of elderly humans, even when they were no longer detectable in peripheral blood (PB) circulation. BM memory T cells are resident, resting and maintain long-term memory to systemic antigens. The survival mechanisms of circulating and BM resident memory T cells; as well as the capacities of tissue resident memory T cells to be mobilized into blood circulation after systemic antigen re-challenge to confer us with immune protection remains to be elucidated. I have shown that PB and BM memory T cells have different survival capacities, as well as identified the role of survival factors in their maintenance. Moreover, using sequencing analysis of the TCRβ repertoire, I have determined that PB and BM memory T cells are separated cell populations. Finally, by tracking the dynamics of antigen-specific memory CD4+ T cells after systemic MMR re-vaccination I could show that TRM CD4+ T cells specific for systemic antigens can be rapidly mobilized into blood circulation and contribute to the immune response. These studies provide a more comprehensive understanding of the function and maintenance of immunological memory in humans.

Der systemische Lupus erythematodes (SLE) ist eine Autoimmunerkrankung, bei der eine Vielzahl an Organen betroffen sein kann. Hierbei spielen T-Zellen mit gestörter Zytokinproduktion, insbesondere von IL-2 und IFN-γ, eine besondere Rolle. Mit Fortschreiten der Krankheit sinkt die Anzahl an IL-2-Produzenten und gleichzeitig steigt die Anzahl an IFN-γ-Produzenten. Während die Rolle von IFN-γ in SLE bisher kontrovers diskutiert wird, wirkt sich die verringerte Produktion von IL-2 beispielsweise negativ auf regulatorische T-Zellen aus, was zur Pathogenese der Krankheit beiträgt. In dieser Arbeit erfolgte eine Charakterisierung der Zytokinproduzierenden CD4+ Gedächtnis-T-Zellen in erkrankten NZBxW Mäusen, einem Modell für SLE. Anhand der Produktion von IL-2 und/oder IFN-γ wurde dabei in DN (IFN-γ—IL-2— doppelt negative), IL-2 SP (IFN-γ—IL-2+ einzelpositive), DP (IFN-γ+IL-2+ doppelt positive) und IFN-γ SP (IFN-γ+IL-2— einzelpositive) Zellen unterschieden. Ein mehrstufiges Verfahren der Zellsortierung ermöglichte die Isolierung der vier Zellpopulationen. Genexpressionsanalysen legten offen, dass die während der Krankheit vermehrt vorkommende Population der IFN-γ SP Zellen im Vergleich zu DP Zellen deutliche Unterschiede in ihrem Genexpressionsmuster aufweist. IFN-γ SP Zellen exprimieren u.a. verstärkt Chemokinrezeptoren, co-stimulatorische und co-inhibitorische Moleküle, sowie Apoptose-Marker und zeigen eine verminderte Produktion von Effektorzytokinen. Weiterführende funktionelle Analysen untermauerten die Expressionsdaten und zeigten eine verminderte Proliferationsfähigkeit und verstärkte Apoptose der IFN-γ SP Zellen. Die Daten zeigen, dass der Phänotyp der IFN-γ SP Zellen in erkrankten NZBxW Lupus-Mäusen gestört ist, wodurch die IFN-γ SP Zellen zur Erkrankung beitragen könnten. / Systemic lupus erythematosus (SLE) is an autoimmune disease, which can affect almost every organ system of the body. Thereby altered cytokine production by T cells plays an important role in the pathogenesis of the disease. With disease progression, production of IL-2 decreases and production of IFN-γ increases. It has been shown that IL-2 deficiency affects Treg homeostasis in SLE and thus contributes to its pathogenesis. The role of IFN-γ in SLE is, however, controversial. In this work, a comprehensive characterization of four subpopulations of memory CD4 T cells of diseased NZBxW lupus-prone mice was performed. These cell subsets are DN (IFN-γ—IL-2— double negative), IL-2 SP (IFN-γ—IL-2+ single positive), DP (IFN-γ+IL-2+ double positive) and IFN-γ SP (IFN-γ+IL-2—single positive) cells. A multi-step cell sorting procedure was used to isolate these cell subsets. The data showed that IFN-γ SP cells were characterized by a different gene expression profile than DP cells. In detail, IFN-γ SP cells revealed an enhanced expression of chemokine receptors, co-stimulatory and co-inhibitory molecules as well as apoptosis markers and decreased production of effector cytokines. In addition, functional analyses showed that IFN-γ SP cells were tended to increased apoptosis and decreased proliferation. These data show an altered phenotype of IFN-γ SP cells of diseased NZBxW lupus-prone mice, which might be important for the disease pathogenesis at least in this animal model of SLE.

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