Visualization of thymocyte – dendritic cell interactions during negative selection

Ein funktionierendes Immunsystem muss den Körper vor Pathogenen schützen und gleichzeitig tolerant gegenüber Selbstantigen (sAg) sein. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen sich entwickelnde Thymozyten Toleranzmechanismen unterziehen. Zentrale Toleranz findet im Thymus statt und entfernt den Großteil der autoreaktiven Thymozyten durch klonale Deletion (negative Selektion) oder durch das Umleiten von autoreaktiven Thymozyten in eine regulierende T Zell Linie. Dentritische Zellen (DZ) sind Schlüsselfiguren in diesem Prozess. Sie verschaffen sich Zugang zu harmlosem Selbstpeptid und präsentieren dieses den Thymozyten auf Haupthistokompatibilitätskomplexmolekülen. Damit fördern sie entweder das Überleben der interagierenden Zellen oder induzieren Apoptosis. Für diesen Vorgang muss Selbstantigen entweder im Thymus exprimiert werden, oder es muss vom Blut in dieses Organ gelangen. Thymische DZ kann man sowohl anhand der Expression von spezifischen Oberflächenmarkern unterscheiden, wie auch anhand ihres Ursprunges. Thymus residente DZ differenzieren lokal von einer Vorläuferzelle, während eingewanderte Zellen bereits vollständig differenziert vom Blut in den Thymus gelangen. Mittels Multiphotonenmikroskopie konnten wir erstmals in anästhesierten Mäusen zeigen, daß peptidgeladene, eingewanderte DZ stabile Interaktionen mit antigenspezifischen aber nicht mit unspezifischen Thymozyten fördern. Wir haben herausgefunden, daß es eine Spezialisierung zwischen thymusansässigen und eingewanderten DZ gibt. Während die Letztgenannten peripheres Selbstantigen als ihre Fracht in den Thymus liefern, sind ansässige DZ strategisch platziert um die endotheliale Schicht der Blutgefäße zu durchbrechen und Zugang zu zirkulierendem Antigen aus dem Blut zu erlangen.A functional immune system has to protect the body from pathogens while being tolerant to self-antigens (sAg). To achieve this goal, developing thymocytes are subjected to tolerance mechanisms. Central tolerance takes place within the thymus and removes the bulk of auto-reactive thymocytes by either clonal deletion (negative selection) or redirection into a regulatory T cell lineage (Treg). Dendritic cells (DCs) are key players in this process. They acquire and present self-peptide in the context of major histocompatibility complexes (MHC) to thymocytes and can either promote survival or apoptosis of interacting T cells. To induce tolerance, sAgs are either expressed in the thymus or they have to enter the organ from the blood. Thymic DCs can be distinguished and subdivided into distinct subsets according to their surface markers as well as by their origin. Thymus resident DCs differentiate locally from a progenitor cell, while homed DCs enter the thymus fully differentiated from the blood. Here, we show by subjecting live, anesthetized mice to multi-photon intravital microscopy (MP IVM) that peptide-pulsed, homed DCs promote stable interactions with antigen specific but not non-specific thymocytes. Our observations also suggest a functional sub-specialization between thymus resident and homed periphery-derived DCs. While the latter can deliver peripheral sAg to the thymus as their cargo, some resident DCs are strategically positioned in the thymus to extend processes across the endothelial barrier of capillaries and thus are exposed to circulating sAg within blood stream