Molecular characterization of human regulatory T cells in health and disease

Pförtner, Susanne

Natürlich vorkommende CD4+CD25+ regulatorische T-Zellen (TReg) sind entscheidend an der Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz und damit an der Kontrolle von Autoimmunerkrankungen, Transplantationstoleranz und Anti-Tumor-Immunität beteiligt. Da sich TReg-Genexpressionsstudien bislang auf murine Systeme beschränkten, sind die Bedingungen für die Entwicklung, Erhaltung und Funktion humaner TReg bislang wenig definiert. Zur Verbesserung der molekularen Charakterisierung humaner TReg, wurde ein Themen-Mikroarray entwickelt, der die simultane Messung der Expression für 350 TReg-assoziierte Gene ermöglicht. Nach Validierung des Human TReg Chip, wurden TReg-spezifische Genexpressionsprofile von 11 gesunden Spendern erstellt. Dabei wurden 62 differentiell exprimierte Gene zwischen den TReg und naiven T-Zellen identifiziert. Unter ihnen befanden sich zahlreiche „alte Freunde“ (wie FOXP3, CTLA4, CCR7), die bekanntermaßen an der TReg-Funktion beteiligt sind. Die überwiegende Mehrheit der Gene jedoch, war vorher nie im TReg-Kontext erwähnt worden (z.B. LGALS3, TIAF1, TRAF1). Interessanterweise, wurden die meisten dieser „neuen Kandidaten“ in der Pathogenese von Autoimmunität und Krebs beschrieben. Real-time RT-PCR ausgewählter Transkripte untermauerte die Mikroarray-Ergebnisse, während FACS-Analysen die Korrelation von Gen- und Proteinexpression bestätigte. Aktivierungsexperimente enthüllten LGALS3 und TNFRSF1B als putative neue humane TReg Marker. Ausgehend von dem gesunden TReg-Transkriptionsprofil, wurde die TReg-Genexpression in Patienten mit Nierenzellkarzinom (RCC) und chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) untersucht. Als Beispiele für Tumor- bzw. Autoimmunerkrankungen wurde eine gegensätzliche Dysregulation im TReg-Kompartment erwartet. Neben numerischen Abweichungen, konnten tatsächlich auch Veränderungen in der Genexpression von Patienten-TReg nachgewiesen werden, die vermutlich zu funktionellen Defiziten und damit zur Krankheitsentstehung beitragen.

Naturally occurring CD4+CD25+ regulatory T cells (TReg) play a pivotal role in the maintenance of peripheral tolerance. TReg are involved in the control of autoimmunity, transplantation tolerance and anti-tumor responses. Thus far, genomic studies on TReg were restricted to murine systems, and requirements for their development, maintenance, and mode of action in humans remain poorly defined. To improve molecular characterization of human TReg, a unique customized microarray was compiled, consisting of 350 TReg associated genes. Following validation of the Human TReg Chip, TReg specific gene expression signatures were created from 11 individual healthy donors. Statistical analysis identified 62 genes differentially expressed in TReg versus naïve T cells. Among them, several “old friends” (e.g. FOXP3, CTLA4, CCR7) that are known to participate in TReg function were recovered. Strikingly, the vast majority of genes has not previously been associated with TReg at all (such as LGALS3, TIAF1, TRAF1). Most of these “new players” however, have been described in the pathogenesis of autoimmunity and cancer. Real-time RT-PCR of selected transcripts validated the microarray results, while FACS analysis confirmed correlation of gene and protein expression. Activation experiments revealed LGALS3 and TNFRSF1B as new putative human TReg markers. Pathway analysis was applied to extract signaling modules underlying human TReg function. Using the comprehensive set of unravelled genes from healthy donors as a reference, gene expression of TReg was studied in patients suffering from renal cell carcinoma (RCC) or inflammatory bowel disease (IBD). As examples for tumor and autoimmune diseases, respectively, complementary dysregulation in the TReg compartment was expected. Apart from numerical aberrations, altered gene expression in patient-derived TReg could be revealed, contributing to functional deficits and thus to disease pathogenesis.

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Pförtner, Susanne: Molecular characterization of human regulatory T cells in health and disease. 2007.

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