Antigen dependent molecular transport of T cell synapse components towards antigen-presenting cells
Adaptive immunity requires intercellular contact of T cells and antigen presenting cells (APCs) constituting immunological synapses ( as signaling interface in the presence of specific antigens. Molecular transport processes at the IS o rchestrate the spatial distribution of T cell receptor complex (TCR) signaling components to initiate and coordinate T cell immune responses . Previous studies have shown that the exchange of vesicles via the IS represent s an extension to intercellular communication. However, the details of antigen dependent intercellular molecular transport and its impact on immune responses have not been fully elucidated. The presented study introduces a bicellular model system to assess polarized physiological protein transfer among T cells and APCs Based on superantigen induced IS formation between the Jurkat T cell line and the Raji B cell line , molecular transfer of TCR components from T cells to B cells was first demonstrated by targeted fluorescence microscopy . Moreover the transferred TCR components were detected on the surface of recipient B cells by high throughput flow cytometry, shedding new light on surface markers for immune cell characterization. Two complementary strategies for metabolic protein labeling were integrated into a bicellular system for the first time to identify intercellular protein transfer in an untargeted and cell type selective manner by accurate mass spectrometry Initially, t he proteome of the T cells was labeled using stable isotope labeling in cell culture (SILAC) and T cell proteins transferred via the IS were identified in the unlabeled proteome of recipient B cells. Similarly , bioorthogonal non canonical amino acid tagging (BONCAT) and subsequent enrichment using click chemistry , which was awarded the 2022 Nobel Prize in Chemistry, was adapted and established for the first time in this study to allow identification of the low abu ndant transferred T cell proteins with higher sensitivity than with SILAC. Overall, p rotein identification and quantification of labeled proteins revealed a comprehensive network of modulators of the proximal TCR signaling pathway that were antigen dependently transferred to and acquired by interacting APCs. Finally, this raised the question of the relevance of protein transfer at the synapse of T cells and its functional consequences. Although no TCR dependent signaling profiles were detectable in recipient B cells, surface localized TCRs facilitated superantigen induced interaction with surrounding B cells. Therefore, it may be worth further investigat ing the functional effects on naïve interacting APCs, which have not yet been addressed in the present ed study. This work provide s further evidence that understanding the mechanisms of intercellular communication at the IS, based on molecular transport processes, offers new targets for modulation of immune responses.
Die adaptive Immunität erfordert den interzellulären Kontakt zwischen T-Zellen und Antigen-präsentierenden Zellen (APCs), die in Gegenwart spezifischer Antigene immunologische Synapsen (IS) als Signalschnittstelle bilden. Molekulare Transportprozesse an der IS steuern die räumliche Verteilung von T-Zell-Rezeptor (TCR)-Signalkomponenten, um T-Zell-Immunantworten zu initiieren und zu koordinieren. Frühere Studien haben bereits gezeigt, dass der Austausch von Vesikeln über die IS eine Erweiterung der interzellulären Kommunikation darstellt. Die Einzelheiten des Antigen-abhängigen interzellulären Molekültransports und seine Auswirkungen auf die Immunantwort sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. In der vorliegenden Studie wird ein bi-zelluläres Modellsystem zur Untersuchung des gerichteten physiologischen Proteintransfers zwischen T-Zellen und APCs eingeführt. Basierend auf der Superantigen-induzierten IS-Bildung zwischen der Jurkat-T-Zelllinie und der Raji-B-Zelllinie wurde der molekulare Transfer von TCR-Komponenten auf B-Zellen zunächst durch Fluoreszenzmikroskopie nachgewiesen. Darüber hinaus wurden die übertragenen TCR-Komponenten auf der Oberfläche der Empfänger-B-Zellen mittels Durchflusszytometrie nachgewiesen, was ein neues Licht auf Oberflächenmarker zur Charakterisierung von Immunzellen wirft. Zwei komplementäre Strategien zur metabolischen Markierung von Proteinen wurden erstmals in ein bi-zelluläres System integriert, um den interzellulären Proteintransfer unvoreingenommen und zelltypselektiv durch Massenspektrometrie zu identifizieren. Zunächst wurde das Proteom der T-Zellen mit Hilfe der stabilen Isotopenmarkierung in Zellkultur (SILAC) markiert, und über die IS übertragene T-Zellproteine im unmarkierten Proteom der B-Empfängerzellen nachgewiesen. In ähnlicher Weise wurde das bioorthogonale nicht-kanonische Aminosäure-Tagging (BONCAT) und die anschließende Anreicherung mittels Click-Chemie, die 2022 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurde, in dieser Studie zum ersten Mal adaptiert und etabliert, um die Identifizierung der geringen Menge an übertragenen T-Zell-Proteine mit höherer Empfindlichkeit als mit SILAC zu ermöglichen. Insgesamt ergaben die Proteinidentifizierung und die Quantifizierung der markierten Proteine ein umfassendes Netzwerk von Modulatoren des proximalen TCR-Signalwegs, die antigenabhängig auf interagierende APCs übertragen und von diesen aufgenommen wurden. Dies warf schließlich die Frage nach der Bedeutung des Proteintransfers an der Synapse von T-Zellen und seinen funktionellen Konsequenzen auf. Obwohl keine TCR-abhängigen Signalprofile in den Empfänger-B-Zellen nachweisbar waren, ermöglichten oberflächenlokalisierte TCRαβ die superantigen-induzierte Interaktion mit umliegenden B-Zellen. Daher ist es interessant, die funktionellen Auswirkungen auf naive interagierende APCs weiter zu untersuchen, die in der vorliegenden Studie noch nicht betrachtet wurden. Diese Arbeit zeigt somit, dass das Verständnis der molekularen Transportprozesse und der Mechanismen der interzellulären Kommunikation an der IS, neue Angriffspunkte für die Modulation von Immunreaktionen bietet.
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