Analyse des Einflusses der sauren Sphingomyelinase auf T-Zell-Antworten während Tumorentwicklung und Plasmodium-Infektion

Hose, Matthias GND

Die saure Sphingomyelinase (ASM) ist ein Enzym des Sphingolipid-Metabolismus. Nach seiner Aktivierung transloziert ASM vom Lysosom zur äußeren Plasmamembran, wo sie Sphingomyelin zu Ceramid hydrolysiert. Dadurch kommt es zur Ausbildung Ceramid-reicher Plattformen, welche durch eine räumliche Neuverteilung von Rezeptorproteinen in die Induktion von Signalprozessen involviert sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Rolle von ASM in T-Zellen genauer untersucht. Mit Hilfe von ASM-KO Mäusen sowie t-ASM/CD4cre Mäusen, welche ASM spezifisch in T-Zell überexprimieren wurde, konnte ein Einfluss der ASM-Aktivität auf T-Zell Funktionen in vitro und in vivo nachgewiesen werden. In vitro Analysen von T-Zellen aus ASM-defizienten sowie aus t-ASM/CD4cre Mäusen zeigten einen Einfluss der ASM-Aktivität auf T-Zell Funktionen. ASMdefiziente, naive T-Zellen ließen sich zu einem erhöhten Anteil regulatorischer T-Zellen differenzieren. Darüber hinaus war die Proliferation sowie die Zytokinsekretion ASM-defizienter CD4+ T-Zellen in vitro signifikant reduziert. Gegensätzliche Ergebnisse wurden in Versuchen mit ASM-überexprimierenden T-Zellen aus t-ASM/CD4cre Mäusen erzielt. Die Untersuchung verschiedener Proteine der T-Zell-Rezeptor-Signalkaskade ergab zudem einen Einfluss der ASM-Aktivität auf intrazelluläre Signalwege in Antwort auf eine Stimulation des T-Zell-Rezeptors. In vivo führte die Modulation der ASM-Aktivität zu veränderten Anteilen Foxp3+ Tregs in den Milzen der Tiere. Milzen von naiven ASM-defizienten Tieren wiesen erhöhte Treg-Anteile auf, während in Milzen von naiven t-ASM/CD4cre Mäusen reduzierte relative Anteile Foxp3+ Tregs detektiert wurden. Die Analyse der Tumorgenese und des T-Zell Phänotyps in Tumor-tragenden ASMKO Mäusen ergab eine signifikant höhere Tumorwachstumsrate sowie eine reduzierte T-Zell Aktivierung im Vergleich zu ASM-WT Tieren. Im Gegensatz dazu konnte in t-ASM/CD4cre Mäusen ein reduziertes Tumorwachstum sowie eine verstärkte T-Zell Aktivierung detektiert werden. Eine T-Zellspezifische Überexpression von ASM hatte des Weiteren Einfluss auf die Immunantwort während der P. yoelii Infektion. In P. yoelii-infizierten t-ASM/CD4cre Mäusen konnten eine reduzierte Parasiten-Last sowie eine stärkere T-Zell-Aktivierung festgestellt werden. Die pharmakologische Inhibition der ASM mit Hilfe von ASM während der Plasmodium Infektion führte ebenfalls zu verringerten Parasitämien. Dieser Effekt könnte auf Veränderungen der ASM-Aktivität in Erythrozyten zurückzuführen sein.

Acid sphingomyelinase (ASM) is part of the sphingolipid signaling cascade. Upon an activating stimulus it translocates to the outer leaflet of the plasma membrane and hydrolyzes sphingomyelin to the bioactive lipid ceramide resulting in the formation of ceramide-enriched platforms. These platforms are involved in several cellular processes by induction or amplification of signaling cascades. By using ASM-deficient and t-ASM/CD4cre mice, which specifically overexpress ASM in T cells, we demonstrate that ASM activity has a direct impact on T cell activation and functionality. In vitro analysis of T cells from ASM-deficient mice revealed an increased capacity of T cells to differentiate into Tregs. Moreover, ASM-deficient T cells showed decreased proliferation rates in vitro upon stimulation. Vice versa, ASM overexpressing T cells from t-ASM/CD4cre mice differentiated less efficiently into Tregs and showed higher proliferation rates in vitro. Furthermore, we detected higher activation of intracellular signaling proteins upon T cell receptor stimulation in ASM-overexpressing T cells, whereas inhibition of ASM led to decreased activation of these proteins. Analysis of the T cell phenotype in vivo revealed higher frequencies of Foxp3+ Tregs in spleens of ASM-deficient mice, whereas t-ASM/CD4cre mice exhibited lower frequencies of Tregs in the spleen. These alterations in the T cell compartment suggest a role of ASM in T cell function. Thus, we examined tumorigenesis and T cell phenotype of tumor-bearing ASMdeficient as well as of t-ASM/CD4cre mice. ASM-deficient mice showed an increased growth rate of transplanted tumors and analysis of tumor-infiltrating T cells revealed a reduced T cell activation. Conversely, t-ASM/CD4cre mice showed a decreased tumor progression and tumor-infiltrating T cells revealed a higher activation status. Furthermore, we analyzed the impact of T cell specific overexpression of ASM on infections with Plasmodium parasites. Indeed, we found decreased parasite burden in t-ASM/CD4cre mice accompanied by enforced T cell activation. Interestingly, pharmacological ASM inhibition by amitriptyline led to decreased activation of T cells but also caused reduced parasitemia. This effect may be due to decreased ASM activity in erythrocytes, which could affect intra-erythrocytic development of Plasmodium parasites or their egress from infected red blood cells.

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Hose, M., 2019. Analyse des Einflusses der sauren Sphingomyelinase auf T-Zell-Antworten während Tumorentwicklung und Plasmodium-Infektion. https://doi.org/10.17185/duepublico/70289
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