T lymphocytes (T cells) represent one of the major cell populations of the immune system. Named by the place of their development, the thymus, several types can be distinguished as the αβ T cells, the γδ T cells, the mucosa-associated invariant T cells (MAIT), and the natural killer T (NKT) cells. The αβ lineages of CD4+ THelper and the CD8+ T cytotoxic cells with the T cell receptor (TCR) composed of α- and β-chain are major players of the adaptive immune system. In the thymus, CD4+ and CD8+ single positive (SP) αβ cells represent the ultimate result of positive and negative selection of CD4+CD8+ double positive (DP) thymocytes. The DP population derives from the double negative (DN) thymocytes that develop from bone marrow-derived progenitors through different stages (DN1-DN4) that are characterized by CD25 and CD44 surface expression.
NFATc1, a member of the Nuclear Factor of Activated T cells (NFAT) transcription factors family, is critically involved in the differentiation and function of T cells. During thymocyte development, the nuclear expression of NFATc1 reaches the highest level at the DN3 (CD44-CD25+) stage. The hematopoietic cell-specific ablation of NFATc1 activity results in an arrest of thymocyte differentiation at the DN1 (CD44+CD25-) stage. On the other hand, over-expression of a constitutively active version of NFATc1 results in an impaired transition of DN3 cells to the DN4 (CD44-CD25-) stage, suggesting that a certain threshold level of NFATc1 activity is critical at this point.
ChIP-seq and RNA-seq analysis allowed us the identification of NFATc1/A target genes involved in lineage development as the Tcra and Tcrb gene loci. Furthermore, we identified multiple NFATc1-regulated genes that are involved in γδ T cell development. In the mouse models, Rag1Cre-Nfatc1fl/fl and Rag1Cre-E2fl/fl, in which the activity of NFATc1 or inducible NFATc1 in the latter is impaired during the early stages of thymocyte development, we observed increased numbers of γδ T cells. These γδ T cells showed an unusual overexpression of CD4, a lack of CD24 expression, and overexpression of the anti-apoptotic gene Bcl2a1a.
We hypothesize that during the DN stages NFATc1 plays an important role in regulating crucial steps of αβ thymocyte development and when NFATc1 activity is missing this may disturb αβ development resulting in alternative cell fates like γδ T cells. / T-Lymphozyten (T-Zellen) sind eine wichtige Säule des Immunsystems. Benannt nach dem Ort ihrer Entstehung, dem Thymus, werden sie verschiedenen Linien zugeordnet, den αβ-T-Zellen, den γδ-T-Zellen, den Mukosa assoziierten invarianten T-Zellen (MAIT) und den natürlichen Killer T-Zellen (NKT). Bei den αβ-T-Zellen mit einem T-Zell-Rezeptor (TZR) aus α- und β-Kette unterscheidet man die CD4+ Helfer T- von den CD8+ zytotoxischen T-Zellen. Beide sind zentrale Bestandteile des adaptiven Immunsystems. Einfach positive (SP) CD4+ und CD8+ αβ-T-Zellen gehen aus der positiven und negativen Selektion doppelt-positiver (DP) CD4+CD8+ Zellen hervor. Zuvor durchlaufen sie als doppelt-negative (DN) Thymozyten, die von Vorläufern aus dem Knochenmark abstammen, verschiedene Stadien (DN1-DN4), die durch unterschiedliche Expression der Adhäsionsmoleküle CD25 und CD44 gekennzeichnet sind.
Der Transkriptionsfaktor NFATc1, ein Mitglied der Familie Nukleärer Faktoren Aktivierter T-Zellen (NFAT), ist maßgeblich an der Differenzierung und der Funktion von T-Zellen beteiligt. Während der Thymozytenenreifung kann eine zunehmende nukleäre Expression von NFATc1 beobachtet werden, die im DN3-Stadium (CD44-CD25+) den höchsten Wert erreicht. Eine Deletion der NFATc1-Aktivität in frühen Vorläuferzellen führte zu einem Arrest der Thymozytendifferenzierung im DN1-Stadium (CD44+CD25-). Andererseits hemmte die Überexpression einer konstitutiv aktiven Form von NFATc1 den Übergang von DN3-Zellen in das DN4-Stadium (CD44-CD25-), was vermuten lässt, dass ein bestimmter Schwellenwert der NFATc1-Aktivität zu diesem Zeitpunkt von entscheidender Bedeutung ist.
Mittels ChIP- und RNA-Sequenzierung gelang es, NFATc1-Zielgene im Thymus zu identifizieren. Hierzu zählten unter anderen die Tcra und Tcrb Gene. Transkriptions-analysen an isolierten DN-Thymozyten offenbarten daneben mehrere NFATc1-regulierte Gene, die an der Entwicklung von γδ-T-Zellen beteiligt sind. In den Mausmodellen, Rag1Cre-Nfatc1fl/fl und Rag1Cre-E2fl/fl, bei denen die Aktivität von NFATc1 bzw. der induzierbaren NFATc1-Aktivität zu frühen Stadien der Thymozytenentwicklung beeinträchtigt ist, stieg die Zahl von γδ-T-Zellen an. Diese γδ-T-Zellen zeigen eine unübliche Überexpression des CD4 Markers, eine fehlende Expression des Oberflächenmarkers CD24 und eine Überexpression des antiapoptotischen Gens Bcl2a1a. Wir vermuten daher, dass NFATc1 an der erfolgreichen Reifung von αβ-T-Zellen direkt beteiligt ist und fehlende NFATc1-Aktivität die Entwicklung alternativer Linien wie von γδ-T-Zellen befördert.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:24639 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Giampaolo, Sabrina |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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