Characterization of rat CD4+ CD25+ regulatory T cells (Treg) : In vitro culture, cytokine patterns and regulatory functions

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Charakterisierung regulatorischer CD4+ CD25+ T-Lymphozyten (Treg) der Ratte und dem Nachweis ihrer Suppressor-Funktion in vitro. Als erstes wurde die Verteilung dieser Zellen in den lymphatischen Organen untersucht. Dabei waren sie sowohl in den parailiacalen, cervicalen und mesenterialen Lymphknoten (zwischen 4,5 und 6,1%) als auch im Thymus mit 1,3% und in der Milz mit 4,5% nachzuweisen. Ihr CD45Rlow Phänotyp entspricht dem humaner und muriner Treg. Alle Treg der Ratte exprimieren den  T-Zellrezeptor, und sie sind zu 40% für einen weiteren Aktivierungsmarker, nämlich CD134, positiv. Um die Vitalität frisch isolierter Treg in vitro erfolgreich zu erhalten, ist es notwendig, sie zu stimulieren; entweder mit den beiden Antikörpern R73 (anti-TCR) und JJ319 (anti-CD28) oder mit allogenen dendritischen Zellen und/oder IL-2. Ein weiteres wesentliches Ergebnis dieser Arbeit war, dass stimulierte Treg sowohl IL-2 als IL-10 produzierten. Während der dreitägigen Kultivierung sezernierten 100.000 Treg mit 1.200 pg/ml dreimal soviel IL-10 wie IL-2 (402 pg/ml) in den Kulturüberstand. Die Suppressor-Funktion von Treg der Ratte wurde in Inhibitionsassays bestätigt. Gemessen wurde ihre Fähigkeit, in Abhängigkeit ihrer Zellzahl die polyklonale Aktivierung von CD25neg zu hemmen. Wurden Treg und CD25neg zu gleichen Anteilen kultiviert, so war eine nahezu vollständige Hemmung der Aktivierung von CD25neg nachweisbar. Je geringer der Anteil aktivierter Treg im Inhibitionsassay war, desto geringer war auch der von ihnen übertragende suppressive Effekt. Zudem wurde gezeigt, dass die Suppression umso stärker war, je größer der Anteil blastoider FSCbright Zellen an den im Inhibitionsassay eingesetzten Treg war. Die Charakterisierung von Treg der Ratte hat somit gezeigt, dass sie über eindeutige Suppressor-Eigenschaften verfügen. Dieser Nachweis stellt die wesentliche Voraussetzung für künftige in vivo Untersuchungen dar.Immunologic self-tolerance in the periphery can be provided by thymic-derived regulatory CD4+ CD25+ T cells or Tregs. These cells have been found in many species, e.g. human, mice and rat. The rat is one of the most important animals for experimental organ transplantation in a clinic-relevant procedure but less is known about the immunobiology of rat Treg. Therefore, the main purpose of this study was to characterise this important cell type in the rat in order to confirm their expected suppressive effect. First, the distribution of Tregs in different lymphatic organs was examined. They were detectable in parailiacal-, cervical- and mesenterical lymph nodes (between 4.5 and 6.1%) as well as in the thymus (1.3%) and spleen (4.5%). Second, Tregs demonstrated a phenotype of activated T cells: CD25+, CD134+ and CD45RClow. To achieve a successful preservation of their vitality in vitro, the freshly isolated Tregs were stimulated either with the antibody combination of R73 and JJ319 with specificity for the T-cell receptor and CD28, respectively, or with a combination of allogeneic dendritic cells and exogenous Interleukin-2 (IL-2). Another essential finding was the production of both IL-2 and IL-10 by Tregs. During an incubation period of 3 days, 100.000 Tregs produced 1200 pg/ml IL-10 and 402 pg/ml IL-2. The suppressive function of Tregs, measured as the efficacy to inhibit the polyclonal activation of naïve T cells, was confirmed in an inhibition-assay. In the case of an equal number of Tregs and naïve T cells a nearly complete inhibition of the activation of naïve T cells was proven. However, freshly isolated Tregs didn't show any suppressive effects in the inhibition assay prior to their own activation with T73 and JJ 319. Activated Tregs expressed more CD25 molecules on their cell surfaces and they increased in size (blastoid or FSCbright Tregs). The amount of these blastoid transformed Tregs strongly influenced the efficacy of suppression: A population of Tregs with a proportion of FSCbright Tregs over 70% was 6-times more efficient than a population of Tregs with a proportion of FSCbright Tregs below 50%. Therefore, the activation of freshly isolated CD25+ Tregs is necessary to preserve their vitality as well as their suppressive effect. In summary, a major result of this work is that rat Tregs indeed demonstrate suppressive capacities. This knowledge is a fundamental requirement for further experiments analyzing their efficacy in vivo after experimental organ transplantation