Dynamische Untersuchung der immunologischen Synapse während T-Zellhomöostase und -aktivierung

Polarity and migration are essential for T cell activation, homeostasis, recirculation and effector function. To address how T cells coordinate polarization and migration when interacting with dendritic cells (DC) during homeostatic and activating conditions, a low density collagen model was used for confocal live-cell imaging and high-resolution 3D reconstruction of fixed samples. During short-lived (5 to 15 min) and migratory homeostatic interactions, recently activated T cells simultaneously maintained their amoeboid polarization and polarized towards the DC. The resulting fully dynamic and asymmetrical interaction plane comprised all compartments of the migrating T cell: the actin-rich leading edge drove migration but displayed only moderate signaling activity; the mid-zone mediated TCR/MHC induced signals associated with homeostatic proliferation; and the rear uropod mediated predominantly MHC independent signals possibly connected to contact-dependent T cell survival. This “dynamic immunological synapse” with distinct signaling sectors enables moving T cells to serially sample antigen-presenting cells and resident tissue cells and thus to collect information along the way. In contrast to homeostatic contacts, recognition of the cognate antigen led to long-lasting T cell/DC interaction with T cell rounding, disintegration of the uropod, T cell polarization towards the DC, and the formation of a symmetrical contact plane. However, the polarity of the continuously migrating DC remained intact and T cells aggregated within the DC uropod, an interesting cellular compartment potentially involved in T cell activation and regulation of the immune response. Taken together, 3D collagen facilitates high resolution morphological studies of T cell function under realistic, in vivo-like conditions.Zellpolarität und Migration sind essentielle Voraussetzungen für T Zellaktivierung und homöostase sowie für Rezirkulation, und Effektorfunktionen. Um unter homöostatischen bzw. aktivierenden Bedingungen die Koordi¬nation von Polarisation und Migration von T Lymphozyten, die mit dendritischen Zellen (DC) interagieren, zu untersuchen, wurde ein Kollagenmatrix-Model mit niedriger Kollagendichte für konfokale Zeitraffermikro¬skopie und die hochaufgelöste Rekonstruktion fixierter Proben genutzt. Bei kurzen (5-15 min), migratorischen homöostatischen Kontakten behielten voraktivierte T-Zel¬len ihr amöboide Polarisation bei, während sie sich gleichzeitig Richtung DC polarisierten. Die hieraus resultie¬rende, dynamische und asymmetrische Kontaktflä¬che bestand aus allen Kompartimenten der migrierenden T-Zelle: Der F-Aktin-reiche vordere Zellpol („leading edge“) sorgte für Vor¬schub, hatte aber nur einen geringen Anteil an der Singaltransduktion; im mittleren Bereich („mid-zone“) waren MHC/TCR-abhängige Signale mit homöostatischer Proliferation assozi¬iert; und im als Uropod bezeichneten hintere Zellpol fanden sich vor allem MHC-unabhän¬gige Signale, die möglicherweise im Zusammenhang mit kontaktabhängigem Überleben stehen. Diese „dynamische immuno¬logische Synapse“ mit ihren Signaltransduktionsbereichen versetzt wan¬dernde T-Zellen in die Lage, nacheinander Kontakt zu mehreren antigenpräsen¬tierenden oder gewebsspezifischen Zellen aufzunehmen und so Informationen „im Vorbeigehen“ zu sammeln. Im Gegensatz zu homöostatischen Kontakten führte die Bindung des spezifischen Antigens zu langlebigen T Zellen/DC Kontakten, die mit der Abrundung der T Zelle und der Pola¬risation Richtung DC, der Auflösung ihres Uropods sowie der Ausbildung einer symmetri¬schen Kontaktfläche einher gin¬gen. Die Polarität der währenddessen fortge¬setzt migrierenden DC blieb dem gegenüber erhal¬ten und T-Zellen akkumulierten im DC-Uropod, einem interes¬santen Zellkompartiment, dass an T Zell-aktivierung und der Regu¬lation der Immunantwort beteiligt sein könnte. Zusammenge¬fasst ermöglicht das 3D Kollagenmatrix-Modell die hoch aufgelöste morphologische Untersu¬chung von T-Zell¬funk¬tionen unter realistischen, in vivo-artigen Bedingungen