T-celler styrer kroppens immunsystem

Trond Methi
Universitetet i Oslo
E-post: methi.trond@gmail.com

INTRODUKSJON
Forløpere til T-celler dannes i beinmargen, og modnes til funksjonelle T-celler i tymus. Modne T-celler fungerer som mellommenn i det adaptive immunforsvaret, og ­regu­lerer kroppens forsvar mot kreftceller og invaderende mikroorganismer. Aktivering av T-celler skjer ved at T-cellereseptoren (TCR) reagerer på fremmede antigener, som er prosesserte fragmenter av ­bakterier, virus eller kreftceller (se figur 1). På denne måten patruljerer T-cellene ­kroppens lymfe- og blodåresystemer kontinu­erlig på jakt etter infiserte eller kreft­befengte celler som må angripes og utryddes for at kroppen skal overleve.

Figur 1. En antigenpresenterende celle, f.eks. en makrofag, spiser og fortærer en bakterie, og presenterer antigener fra ­bakterien til T-celler for inspeksjon. Fremmede antigener aktiverer T-celler, som så utskiller cytokiner, som igjen regulerer immunsystemets videre respons mot infeksjonen.

På innsiden av T-cellene finnes proteinet Lck. Lck er en tyrosinkinase i Src-familien som spiller en viktig rolle i signal­­over­føringen fra stimulering av TCR til igangsettelse av et cytokinproduserende maskineri i T-cellene (se figur 2). Cytokiner er små kommunikasjonsmolekyler, eks­empelvis interleukiner og interferoner, som skilles ut og forteller de andre cellene i kroppens forsvarssystem hva de skal gjøre for å bekjempe en infeksjon. Dette kan være B-celler som produserer antistoffer, makrofager som spiser opp bakterier, eller cytotoksiske T-celler og NK-celler som angriper virusinfiserte celler og kreftceller. På denne måten er immunsystemet under streng kontroll fra T-cellene, og dette ­forhindrer uhemmede immunreaksjoner og vevsskade.

Figur 2. I normale T-celler fosforyleres T-cellereseptorkomplekset (TCR) av Lck når TCR trigges av et fremmed antigen. Dette leder til ­aktivering av T-cellen. Denne aktiviteten balanseres samtidig av negative feedback-mekanismer for å unngå for kraftig respons. I T-celler med siRNA-mediert Lck-knockdown er mengden Lck redusert, og dermed også fosforylerings­graden av TCR. Dette trigger en alternativ ­signaleringsmekanisme som gir opphav til ­hyperaktivering av T-cellene. Hyperaktiveringen oppstår ettersom de normale negative ­feedback-mekanismene er avhengige av fullt operativ Lck for å fungere. Slik dysregulering kan gi opphav til bl.a. autoimmune sykdommer.

Hvis feil oppstår i T-cellenes respons kan kroppen bli mer mottakelig for sykdom (immunsvikt), eller det motsatte: immun­forsvaret reagerer for kraftig på ufarlige stimuli eller kroppens egne celler (utvikling av allergi eller autoimmunitet). Immunsvikt oppstår eksempelvis ved hivinfeksjon hvor nettopp T-cellene angripes, mens diabetes og reumatiod artritt er eksempler på ­autoimmunes sykdommer.

HENSIKT
Doktoravhandlingens hensikt har vært å kartlegge hvilke molekylære mekanismer som ligger til grunn for regulering av T-­cellesignalering. Mer presist har vi ønsket å undersøke tyrosinkinasen Lck nærmere, og hvordan dette proteinet regulerer T-cellers aktivitet.

MATERIALE OG METODER
For å undersøke intracellulære signal­mekanismer brukes molekylære og bio­kjemiske arbeidsmetoder, herunder ­gelelektroforese av proteiner,western­blotting, konfokal mikroskopi og ELISA-baserte cytokinassays. Særlig er den ­relativt nye teknologien basert på short interfering RNA (siRNA)-mediert knockdown nyttig. Ved hjelp av korte 21 nukleo­tid RNA-baserte fragmenter kan proteinekspresjon slås ned post-transkripsjonelt (se figur 3 og 4). Andrew Fire og Craig Mello fikk nobelprisen i 2006 for opp­dagelsen av denne teknologien.

Figur 3. Mekanismen for siRNA-mediert knockdown.

Figur 4. Knockdown av Lck ved hjelp av siRNA. Her vises både reduksjon av Lck mRNA og Lck proteinet med fire forskjellige Lck-siRNA. GAPDH og PLC fungerer som interne kontroller.

HOVEDFUNN
Reduksjon av Lck i T-celler ved hjelp av siRNA resulterer i paradoksal hyper­aktivering av T-celler (se figur 2 og ref. 1). Et kompleks bestående av Grb2-SOS1 rekrutteres til T-cellereseptoren i celler med Lck-knockdown, og medfører langvarig aktivering av cellene (ref. 2–3). Samtidig er Lck nødvendig for igangsettelse av negative feedback-mekanismer, slik som aktivering av fosfatasen SHP-1, ubiquitinligasen Cbl og Ras-inhibitoren Ras-GAP (ref. 1–3).

TOLKNING
Lck er en sentral mediator av T-celle­signalering. siRNA-mediert Lck-knockdown medfører likevel hyperaktivering av T-celler. Dette indikerer at T-cellene har alternative backup aktiveringsmekanismer, men også at feilkobling av det mole­kylære maskineriet i T-celler kan resultere i ­skadelige responser. Lck er nødvendig for trigging av en rekke negative regulatorer av T-cellesignalering, blant annet SHP-1, Ras-GAP og Cbl. Fravær av slike negative feedback-mekanismer muliggjør hyper­aktivering i T-celler med reduserte mengder Lck. Våre funn understreker at signaleringsveiene i T-celler er non-line­ære og mer kompliserte en tidligere antatt. Lck er ikke bare viktig for overførig av ­positive aktiveringssignaler, men igang­setter samtidig negativ signalering. Ytterligere innsikt i intracellulær signaltransduksjon er nødvendig for å ­forstå immunologiske responser, og for å kunne utvikle effektive farmakologiske terapier mot sykdommer der immun­systemet spiller en rolle. Dette gjelder både infeksjonssykdommer, hiv/aids, autoimmune sykdommer, bekjempelse av kreft og utvikling av kreft i immunceller (leukemi).

KONKLUSJON
Lck fungerer både som positiv og negativ regulator av T-cellesignalering. Alternativ og paradoksal hyperaktivering kan spille en rolle i utviklingen av autoimmune sykdommer og kreft, hvor nettopp ulike former for feil i T-cellesignalering er av betydning. T-cellers intracellulære ­mole­kylære maskineri er svært komplekst, og er avhengig av finjustert regulering. Denne reguleringen er nødvendig for å kunne respondere på det utall av mikrobiologiske trusler i form av bakterier, virus og parasitter som finnes i våre ­omgivelser, og faren for utvikling av kreft i kroppens egne celler.

Referanser

1. Methi T, Ngai J, Mahic M, et al. Short-­interfering RNA-mediated Lck knockdown results in augmented downstream T cell responses. J.Immunol. 2005; 175:7398-7406.
2. Methi T, Ngai J, Vang T, et al. Hypophosphorylated TCR/CD3zeta signals through a Grb2-SOS1-Ras pathway in Lck knockdown cells. Eur. J. Immunol. 2007; 37:2539-2548.
3. Methi T, Berge T, Torgersen KM, et al.Reduced Cbl phosphorylation and CD3-zeta degradation in T cells with low Lck levels. Submitted to Eur. J. Immunol. 2008.

(Publisert i NFT nr. 6/2008 side 18–19.)