Die Hauptaufgabe des Immunsystems ist der Schutz des Koerpers gegen den externen Angriff von Viren, Bakterien und sonstigen potentiellen Krankheitserregern, sowie die Vermeidung von weiteren Infektionen durch bereits erfahrene Pathogene, die durch die Errichtung eines immunologischen Gedaechtnisses vermieden werden. Zytotoxische T-Zellen sind die Protagonisten der spezifischen Immunantwort beim Bekaempfen von intrazellulaeren Infektionen. Das Proteasom spielt eine wichtige Rolle in der Produktion von antigenischen Peptiden dar, die, sobald sie von MHC-Molekurle praesentiert werden, furr die Aktivierung von T-Zellen in der Immunantwort verantwortlich sind. Diese Thesis praesentiert eine Studie, die belegt, dass die Laenge und Groesse von Fragmenten, die waehrend der Proteasomedegradation entstehen, sehr von der Groesse der Schranke abhaengt, die den Substratfluss durch das Proteasom steuert. Das hier vorgestellte Modell kann daher in der Quantifizierung des antigenischen Umsatzes und deren Praesentation von grossem Nutzen sein. Wir stellen die Vermutung an, dass die Ersetzung von konstitutivem Proteasom durch Immunoproteasom, die waehrend einer Immunantwort in antigenpraesentierenden Zellen stattfindet, das T-Zell-Repertoire stark veraendert und dabei hilft, eine schnelle und effektive Immunreaktion zu starten. Die Schlussfolgerungen dieser Dissertation sind: Die Kinetik der antigenischen Praesentation und ihre Quantifizierung sind wichtige Aspekte fuer das Verstehen der Instandhaltung und Funktionalitaet des T-Zell-Repertoires. Das Immunsystem nutzt die Kinetik des Proteasoms und den Wettbewerb um Ressourcen zwischen den T-Zellen zur Entwicklung von cleveren Strategien gegen Infektionen aus, ohne dabei auf die Produktion von teueren neuen Ressourcen zururckgreifen zu m"ussen. / The major tasks of the immune system are the protection of the body from undesired external pathogenic attack and the prevention of further and already experienced challenges, which are avoided by the establishment of immunological memory. The proteasome machinery plays a crucial role in the generation of antigenic peptides, which are responsible for the activation of T-cell during an immune response. In this PHD thesis the study of the T-cells dynamics and their homeostasis has been investigated. In particular we focused on the immunological function of the intracellular protein degradation. This thesis evidenced that the length and the amount of fragments generated by the proteasome degradation fairly depend on the size of the gates regulating the flux of substrate through the proteasome. This model captures the known characteristics of proteasomal degradation, and can therefore help to quantify MHC antigen processing and presentation. A model dealing with the dynamics of cytotoxic T-cells and the role of the antigen presentation in shaping the T-cell repertoire has been proposed. This model shows that the replacement of constitutive proteasome with the immunoproteasome re-shapes significantly the T-cell clone repertoire and helps to mount a fast and effective immune response. The last part of this thesis has been devoted to the population dynamics of cytotoxic T-cells over a long timescale. Stochastic models describing the maintenance of T-cell memory clones have been proposed. The conclusions are: the kinetics of the antigen presentation and its quantification are critical aspects for the understanding of the maintenance and the functionality of the T-cell repertoire. The Immune system takes advantage of the kinetics of proteasome and the competition for resources in the T-cell repertoire to develop a clever strategy to challenge infections without expensive production of new resources.

Die durch Lipopolysaccharid (LPS) induzierte frühe Immunantwort ist ein wesentlicher Mechanismus der Infektabwehr durch die angeborene Immunität. Bei starker LPS-Exposition kann es andererseits zur Ausbildung eines septischen Syndroms kommen. Der endothelialen Sekretion von Interleukin-8 (IL-8/CXCL8), das als Chemokin die Migration neutrophiler Granulozyten vermittelt, kommt dabei herausragende Bedeutung zu. Zielsetzung dieser Arbeit war es, die Relevanz der Rho-Proteine RhoA, Rac1 und Cdc42 für die LPS-induzierte intrazelluläre Signaltransduktion mittels Überexpression inaktiver Mutanten dieser Proteine zu untersuchen. Diese Untersuchung wurde erschwert durch die schlechte Transfizierbarkeit der Endothelzelllinie HPMEC-ST1.6R, die nahezu alle Charakteristika primärer Endothelzellen aufweist. Deshalb wurde eine Methode etabliert, die durch Kotransfektion des Grünen Fluoreszenzproteins (GFP) die flusszytometrische Selektion der transfizierten Zellen anhand ihrer GFP-bedingten Fluoreszenz und die Messung der Expression von CXCL8 allein in dieser Population ermöglicht. Damit wurde nachgewiesen, dass die inaktiven Mutanten RhoAN19, Rac1N17 und Cdc42N17 jeweils die LPS-induzierte Expression von CXCL8 vermindern. Die größte Reduktion der CXCL8-Expression um 38 % der Positivkontrolle zeigte sich nach Transfektion der Mutante Rac1N17. Die Zelllinie CHO-3E10 exprimiert einen artifiziellen Reporter unter der Kontrolle eines Fragments aus der Verstärkerregion des Gens für das Endotheliale Leukozyten-Adhäsionsmolekül ELAM-1 (CD62E). Die Transfektion jeder einzelnen der inaktiven Varianten der drei GTP-bindenden Proteine in Zellen der Linie CHO-3E10 reduzierte die Expression des Reporterproteins nach Stimulation mit LPS signifikant. Die stärkste Reduktion der Reporterexpression um 51 % der Positivkontrolle ergab sich unter Rac1N17. Zusammengefasst zeigt die Studie, dass die Überexpression der inaktiven Mutanten RhoAN19, Rac1N17 und Cdc42N17 zu einer Abnahme der endothelialen Expression von CXCL8 führt. Darüberhinaus ergab sich im Vergleich zu den Mutanten RhoAN19 und Cdc42N17 die stärkste Reduktion der CXCL8-Expression in Endothelzellen nach Transfektion der Mutante Rac1N17. / The early immune response induced by Lipopolysaccaride (LPS) is a crucial mechanism in fighting off infections by the innate immunity. On the other side high amounts of LPS can lead to the development of a sepsis. In this process the endothelial secretion of interleukin-8 (IL-8/CXCL8), which causes the migration of neutrophilic granulocytes to the site of infection is highly important. The aim of this study was to analyze the relevance of each of the three Rho-proteins RhoA, Rac1 and Cdc42 for the intracellular signal transduction resulting in CXCL8-expression by means of overexpressing inactive mutants of these proteins. Cells of the human microvascular endothelial cell line HPMEC-ST1.6R show most characteristics of primary endothelial cells and are extremely difficult to transfect. Therefore a method was established, which allowed sorting of successfully transfected cells by cotransfecting a gene encoding for green fluorescence protein (GFP). This method permitted measuring intracellular expression of CXCL8 in the population successfully transfected with plasmids encoding for RhoAN19, Rac1N17 or Cdc42N17 mutants. This experiments demonstrated that the inactive mutants RhoAN19 Rac1N17 or Cdc42N17 each decreased the LPS-induced expression of CXCL8. Quantitative comparision showed the greatest reduction of 38 % in CXCL8-expression due to transfection of the Rac1N17 mutant. The LPS-inducible reporter cell line CHO-3E10 used in this study expresses the human CD25-antigene as an artificial reporter protein under the control of a fragment from the enhancer region of the gene for the human endothelial leukocytic adhesionmolecule ELAM-1 (CD62E). Transfecting each of the inactive mutants RhoAN19, Rac1N17 or Cdc42N17 in CHO-3E10 cells significantly reduced the LPS-induced expression of the reporter protein. The greatest reduction in reporter expression of 51 % resulted from transfection with the Rac1N17 mutant. In conclusion, this study demonstrates that overexpression of nonfunctional GTP-binding proteins RhoAN19, Rac1N17 or Cdc42N17 leads to a decrease in endothelial CXCL8-expression. Moreover, CXCL8-expression in endothelial cells transfected with the Rac1N17 mutant was most efficiently reduced when compared to the other mutants.