Physical morphodynamics of T cell-DC-interaction in 3D extracellular matrix

Die Aktivierung der T Zelle bedarf der spezifischen Interaktion zwischen T Zelle und Antigen-präsentierender Zelle unter Ausbildung einer engen Anlagerung beider Zellmembranen („immunologische Synapse“) für Rezeptoren-Interaktionen und konsekutive Signaltransduktion. In dreidimensionaler Kollagenmatrix zeigte sich ein stereotypes, dynamisches Muster bei der Interaktion zwischen CD45RO-positiven humanen T Zellen und antigenpräsentierenden dendritischen Zellen. i) Die Kontaktaufnahme wurde stets über das Leading edge der T Zelle initiiert. ii) Beim dynamischen Kontakt wanderte die T Zelle polarisiert, mit vielen Richtungsänderungen und mit reduzierter Geschwindigkeit auf der DC-Oberfläche, nur unterbrochen von kurzen Stopp- und Abrundungsphasen. Der Uropod der T Zelle stand während der dynamischen Kontakts in kontinuierlicher Verbindung zur DC. iii) Die Loslösung der T Zelle von der DC war ein aktiver Prozess, der durch Interaktion der Vorderfront der T Zelle zu benachbarten Kollagenfasern eingeleitet wurde, gefolgt von der Lösung des Zellkörpers und des Uropods. Alternativ wurden Kontakte durch Uropod-mediierte Retention der T Zelle auf der DC-Oberfläche verlängert. Zur dynamischen molekularen Charakterisierung der Kontaktfläche wurde eine Methode zur Darstellung von Lipid-Rafts an lebenden Zellen in der 3D ECM mit BTRITC etabliert. Die Ergebnisse zeigen ein neues 3-Schritt-Konzept dynamischer und produktiver Interaktionen zwischen T Zelle und DC in vitro. Die assymetrische Kontaktzone impliziert distinkte Funktionen von Vorderfront und Uropod der T Zelle und definiert eine neuartige dynamische Kontaktform für die Signalübertragung zwischen beweglichen Zellen.Activation of T cells is initiated through specific interaction between a T cell and an antigen-presenting cell. It is believed to be facilitated through formation of an interaction plane at the contact site, called the "immunological synapse" (IS).The IS is defined by recruitment and segregation of cell-surface receptors and adaptor proteins at the cell–cell junction, and is responsible for sustained transmission of intracellular signals. In three-dimensional collagen matrices interaction between CD45RO positive human T cells and autologous antigen-presenting dendritic cells (DC) showed a stereotypical, dynamic pattern. i) First contact was initiated through the leading edge of the migrating T cell. ii) The T cell continued to migrate across the surface of the APC during the dynamic contact with the DC, only interrupted by short static episodes or even rounding. T cell morphology during the migration on the DC was polarized, with a sticky tail called uropod being in continuous contact to the DC surface. The leading edge on the contrary continuously interacted with both the DC-surface and the surrounding interphase, iii) eventually resulting in active traction of the T cell front and body away from the DC. The uropod either detached from the DC surface as well or retained the T cell in contact to the DC, thereby prolonging the interaction. In order to characterize the dynamic molecular pattern of the contact plane a new method for visualization of lipid rafts with BTRITC within living cells in 3D extracellular matrix was established. In summary, a new 3-step-concept of dynamic and productive interactions between T cells and dendritic cells in vitro can be shown. The assymetric interaction plane between the polarized T cell and the DC implies discrete functions of leading edge and uropod of the T cell. A new form of dynamic interaction for signaling between mobile cells has been defined morphologically