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Aug 02, 2023

Wie ein angeblicher „nuklearer“ Rezeptor die T-Zell-Rezeptor-Signalisierung ermöglicht

Laut einer neuen Studie in der Zeitschrift Immunity verfügt ein Kernrezeptor von T-Zellen über eine sehr merkwürdige, aber sehr wichtige Funktion, die ihnen dabei hilft, Krankheitserreger zu bekämpfen und Krebszellen zu zerstören. Dieser Rezeptor,

Laut einer neuen Studie in der Zeitschrift Immunity verfügt ein Kernrezeptor von T-Zellen über eine sehr merkwürdige, aber sehr wichtige Funktion, die ihnen dabei hilft, Krankheitserreger zu bekämpfen und Krebszellen zu zerstören. Es ist bekannt, dass dieser Rezeptor, Retinsäure-Rezeptor Alpha oder RARα genannt, Genexpressionsprogramme im Zellkern steuert, aber er scheint jetzt auch außerhalb des Zellkerns zu agieren, um die an der Zelloberfläche ausgelösten frühen Ereignisse zu koordinieren, die zur T-Zelle führen Aktivierung.

Normalerweise würden Wissenschaftler nicht erwarten, dass ein Kernrezeptor wie RARα diese Rolle außerhalb des Zellkerns spielt. Und doch deuten die neuen Erkenntnisse darauf hin, dass T-Zellen nicht mit der Bekämpfung von Krankheiten beginnen können, ohne dass eine Form von RARα im Zytoplasma vorhanden ist.

„Zytoplasmatische Retinsäurerezeptoren erweisen sich als zentral für eine T-Zelle, da sie die Wahrnehmung an der Zelloberfläche mit nachgeschalteten Signalkaskaden und Genexpressionsprogrammen verbinden, die die T-Zelle in einen aktiven Kämpfer verwandeln“, sagt Professorin Hilde Cheroutre, Ph.D. , der die neue Studie am La Jolla Institute for Immunology (LJI) zusammen mit dem LJI-Assistenzprofessor Samuel Myers, Ph.D., dem LJI-Professor Mitchell Kronenberg, Ph.D. und dem emeritierten LJI-Professor Amnon Altman, Ph.D. leitete.

Die Studie ist auch das Ergebnis einer erfolgreichen Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des RIKEN Center for Integrative Medical Sciences in Japan und lokalen Teams der UC San Diego und des Salk Institute.

Um diesen Befund zu verstehen, ist es hilfreich, sich die Geographie einer T-Zelle vorzustellen. Der Zellkern (mit seiner gebündelten DNA) sitzt in der Mitte der Zelle. Andere Moleküle und Zellstrukturen, sogenannte Organellen, schwimmen im Zytoplasma außerhalb des Zellkerns und sind von einer Membran am Rand der Zelle (Zellmembran) umgeben.

Spezielle Moleküle, sogenannte T-Zell-Rezeptoren (TCRs), sitzen auf der Zellmembran und empfangen dort Nachrichten von anderen Zellen. Sie können sich TCRs als Feuersucher vorstellen, als Wachposten, die abgelegene Hütten in der Wildnis nach Rauch absuchen. Genauso wie Brandmelder die Beamten vor Rauch in der Ferne warnen müssen, müssen TCRs die Zentrale – den Zellkern – schnell alarmieren, wenn sie eine potenzielle Bedrohung wie einen Virus oder eine Krebszelle entdecken.

Das Senden dieses Signals an den Zellkern ist entscheidend für die Aktivierung der Genexpression, um die T-Zelle in eine Kampfzelle umzuwandeln. Aber TCRs können nicht einfach einen Hörer abheben. Wie machen sie also den entfernten Zellkern auf Probleme aufmerksam?

Der Signalisierungsprozess ist faszinierend. Sobald der TCR ausgelöst wird, arbeiten Moleküle namens Kinasen (Enzyme, die Phosphate zu Proteinen hinzufügen) mit Adaptern zusammen, die benachbarte Proteine ​​anweisen, zusammenzuklicken und einen speziellen molekularen „Aktivierungskomplex“ zusammenzusetzen. Dieser Komplex wird als TCR-Signalosom bezeichnet und kommt direkt innerhalb der Zellmembran zusammen. „Das TCR-Signalosom ist äußerst wichtig für die Vermittlung der Kommunikation zwischen dem Äußeren und dem Inneren einer Zelle“, sagt Cheroutre.

Und obwohl das TCR-Signalosom seit vielen, vielen Jahren von vielen Menschen untersucht wurde, hatte noch nie jemand RARα in diesem Aktivierungskomplex entdeckt.

„Diese neue Erkenntnis wird unsere Denkweise über TCR-Signale verändern“, sagt Kronenberg.

Das Geheimnis von RARα kam dank der Entwicklung von CRISPR-Techniken, Fortschritten in der Bildgebung und Massenspektrometrie – und jahrelanger harter Arbeit des LJI-Teams und seiner Mitarbeiter ans Licht.

RARα gehört zu einer großen Familie von Retinsäurerezeptoren, die normalerweise in Kontrollregionen von Zielgenen im Zellkern sitzen. Diese Retinsäurerezeptoren rekrutieren Repressor- und Aktivatormoleküle, die es ihnen ermöglichen, die Expression dieser Zielgene „auszuschalten“ oder „einzuschalten“. Diese wichtige Aufgabe im Zellkern hat den Retinsäurerezeptoren den Titel „Kernrezeptoren“ eingebracht.

Vor einigen Jahren veröffentlichten Cheroutre und ihre Kollegen Forschungsergebnisse, die zeigten, dass Retinsäure (RA), die wir aus Vitamin A erhalten, nukleare RARα und Genexpression auslöst, die für die Differenzierung unterdrückender regulatorischer T-Zellen wichtig sind, die die Immunantwort reduzieren.

Für die neue Studie wollte Cheroutre untersuchen, wie Retinsäure das unterdrückende Schicksal der T-Zellen steuert. Deshalb begann ihr Labor, Retinsäurerezeptoren wie RARα genauer zu untersuchen.

Die Forscher waren fasziniert, als sie herausfanden, dass RARα tatsächlich in zwei Varianten, sogenannten Isoformen, vorkommt. „Diese Isoformen werden vom gleichen Gen kodiert, unterscheiden sich aber an einem Ende ein wenig. Die Konsequenzen sind jedoch schwerwiegender und bewirken, dass eine Form im Zytoplasma festgehalten wird, während die andere Form auf den Zellkern beschränkt bleibt“, sagt Cheroutre.

Könnten diese beiden Isoformen in T-Zellen unterschiedliche Rollen spielen? Bei näherer Betrachtung stellten die Forscher fest, dass diese RARα-Isoform nicht auf Retinsäure reagierte und nicht einmal über die richtige Ausrüstung verfügte, um als Kernrezeptor zu fungieren.

„Es verfügte nicht über die Werkzeuge, die für Kernrezeptoren wichtig sind, nämlich die Fähigkeit, mit DNA zu interagieren und vom Zytoplasma in den Zellkern zu translozieren“, sagt Cheroutre.

Mithilfe von CRISPR-Genbearbeitungstechniken zur Modulation der Expression der beiden Isoformen stellten die Forscher fest, dass die Modulation der zytoplasmatischen Isoform große Probleme für die TCR-Signalübertragung im Zytoplasma verursachte und die Kommunikation mit dem Kontrollzentrum im Zellkern beeinträchtigte.

Nachdem sie wussten, wo sie nach dieser RARα-Isoform suchen mussten, versuchten die Forscher herauszufinden, mit welchen anderen Proteinen RARα interagierte. Diese Arbeit deckte Wechselwirkungen mit der Kinase ZAP70 auf, einem Hauptbestandteil des TCR-Signalosoms.

Ein weiterer wichtiger, früher Hinweis darauf, dass RARα eine Rolle außerhalb des Zellkerns spielt, stammt aus Proteomik-Arbeiten unter der Leitung des Myers Lab. Die Forscher verwendeten Techniken der Massenspektrometrie, um einen Prozess namens Phosphorylierung nachzuweisen, bei dem ein Molekül namens Phosphorylgruppe durch eine vorgeschaltete Kinase an Proteine ​​gebunden wird.

Bei T-Zellen regt die Phosphorylierung Schlüsselproteine ​​zum Handeln an, wenn eine Bedrohung nahe ist. „Es gibt Hunderte bis Tausende dynamischer Phosphorylierungsereignisse, die etwa in der ersten Stunde der T-Zell-Stimulation auftreten“, sagt Myers.

Als Myers und seine Kollegen ihre Daten untersuchten, waren sie überrascht, ein Phosphorylierungsereignis im Zusammenhang mit RARα zu entdecken. Tatsächlich begann die Phosphorylierung von RARα bereits drei Minuten nach der T-Zell-Aktivierung. „Da dieses Ereignis so früh stattfand, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass diese Phosphorylierung von RARα in der Nähe des T-Zell-Rezeptors stattfindet – und dass es direkt nach der Stimulation des TCR zu einem Aktivitätsschub kommt“, sagt Myers.

Diese Entdeckung trug zum Beweis bei, dass die zytoplasmatische Isoform von RARα durch den TCR und nicht wie das nukleare RARα durch RA aktiviert wird. Somit stellt diese neue Form von RARα einen wesentlichen Bestandteil des TCR/ZAP70-Aktivierungskomplexes an der Zelloberfläche dar.

Cheroutre und ihre Kollegen beleuchten dann ein weiteres faszinierendes Phänomen im Zytoplasma. Wissenschaftler wussten, dass RA, das im Blut vorhanden ist und von den T-Zellen aufgenommen wird, durch ein Molekül namens zelluläres Retinsäure-bindendes Protein 2 weiter zum Zellkern transportiert wird. CRABP2 im Zytoplasma bindet an RA und transportiert es in den Zellkern wo es nukleares RARα aktiviert.

Die Forscher zeigten, dass RA ohne CRABP2 im Zytoplasma der T-Zelle verbleibt und statt das zytoplasmatische RARα zu aktivieren, mit dem TCR-aktivierten RARα im Zytoplasma interferiert und die T-Zell-Aktivierung blockiert. Dadurch kann die T-Zelle Infektionen nicht mehr wirksam bekämpfen oder Krebszellen abtöten. Die gute Seite dieses Phänomens ist, dass die Interferenz von RA mit dem zytoplasmatischen RARα die Entzündungsreaktion der T-Zelle verringert. Die Forscher glauben, dass dieser Prozess ein wichtiger Angriffspunkt für die Bekämpfung von Autoimmunerkrankungen und anderen entzündlichen Erkrankungen sein könnte.

Die neue Studie betont, wie wichtig es ist, nicht nur den Standort eines Rezeptors zu verstehen, sondern auch seine besonderen Talente und Interaktionspartner.

„Retinsäurerezeptoren sind wirklich ‚Komplexbildner‘ und es hängt alles davon ab, wen sie rekrutieren oder ablehnen. Sie haben die einzigartige Fähigkeit, Moleküle zu binden und andere Moleküle freizusetzen“, sagt Cheroutre. „Retinsäurerezeptoren sind die ‚Architekten‘ von Komplexen.“

Die aktuelle Studie konzentrierte sich auf T-Zellen, könnte aber Auswirkungen auf das Verständnis der Signalübertragung in vielen anderen Zelltypen haben. Beispielsweise hat das Cheroutre Lab eine Überexpression dieser RARα-Isoform im Zytoplasma von Krebszellen nachgewiesen. Was macht extranukleares RARα dort? Welche Signale hilft es weiterzuleiten?

„Das Verständnis der Rolle dieses Rezeptors hat große Auswirkungen auf die Untersuchung schützender Immunität, Krebstherapien, Autoimmunerkrankungen und neurologischer Erkrankungen“, sagt Cheroutre.

Das Myers Lab wird die nächsten Schritte dieser Forschung vorantreiben. Myers hofft, genau herauszufinden, was RARα im TCR/ZAP70-Signalkomplex bewirkt. „Moduliert es die Signalstärke oder -dauer? Wie pflanzt sich diese Signaländerung auf die Genexpression und die T-Zell-Aktivität fort?“ er fragt. Sein Labor plant, einen „systembiochemischen“ Ansatz zu verwenden, um die Rolle von zytoplasmatischem und nuklearem RARα bei der T-Zell-Aktivierung und -Differenzierung weiter zu untersuchen.

„Das ultimative Ziel besteht darin, herauszufinden, ob wir einen neuen Signalweg oder eine Reihe von Signalwegen identifizieren können, die zur Kontrolle von Autoimmunerkrankungen und Entzündungen oder zur Verbesserung der schützenden Immunität zur Ausrottung von Tumoren oder zur Bekämpfung von Infektionen genutzt werden könnten“, sagt Myers.

Dieser Artikel wurde zuerst vom La Jolla Institute for Immunology veröffentlicht. Lesen Sie das Original.

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Madeline McCurry-Schmidt ist Wissenschaftsjournalistin am La Jolla Institute for Immunology. Sie ist außerdem Chefredakteurin des Institutsmagazins Immune Matters.

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