Summary In this study, the role of the alphaL/beta2-integrin leukocyte function antigen-1(LFA-1) in the proliferation of T cell antigen receptor(TCR)-stimulated primary human T lymphocytes was analyzed. Co- engagement of LFA-1 was found to be a prerequisite for proliferation in TCR- stimulated cells in the absence of other receptor-ligand interactions. The effect of LFA-1 on cell cycle progression can not simply be explained with enhanced adhesion-dependent TCR triggering, but is mediated by TCR-independent signal transduction. As reported for non-lymphoid, anchorage-dependent cell types, the integrin-mediated signal transduction and proliferation critically depend on an intact actin-based cytoskeleton and a spread cell shape rather than on receptor aggregation. The pro-mitotic effects of LFA-1 act at two distinct points on cell cycle progression: In the Gap 0 phase of the cell cycle, LFA-1-mediated spreading synergizes with the TCR on tyrosine phosphorylation, leading to enhanced mitogen-activated protein(Map) kinase activation, immediate early gene expression, cell cycle entry and the induction of responsiveness to the T cell growth factor Interleukin 2 (IL-2). However, LFA-1 was found to be as well a required late component of TCR- dependent proliferation: Prolonged LFA-dependent spreading, in the context of intercellular contact, is a prerequisite for the production of the mitogenic cytokine Interleukin-2. LFA-1-dependent IL-2 production was found to be cyclosporin A-resistant and was paralleled by the enhanced binding of transcription factors to the NF-AT and the CD28RE/AP-1 site of the IL-2 promoter in vitro. The alternative costimulatory receptor CD28 is able to bypass this step in an adhesion-independent way. IL-2 in turn triggers the expression of the a-chain of the IL-2 receptor (CD25), and leads to the activation of cyclin-dependent kinases (CDKs), probably due to enhanced cyclin D3 expression and to the downregulation of the CDK inhibitor p27kip1. The activation of the CDKs leads to the inactivating phosphorylation of the retinoblastoma protein (pRb) and to the progression into the synthesis(S) phase of the cell cycle. Anchorage-dependent T cell growth is therefore characterized by a sequential action of signals conveyed by integrins which together with the activating antigenic stimulus effects both cell cycle entry and G1 to S transition.
Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Rolle des alphaL/beta2 integrins "lymphocyte function-associated antigen-1" (LFA-1) in der T-Zell- Antigenrezeptor(TCR)-abhängigen Proliferation von primären humanen T-Lymphozyten. Die Stimulierung von LFA-1 erwies sich als notwendige Bedingung der TCR-stimulierten Proliferation in Abwesenheit anderer Rezeptor-Liganden Wechselwirkungen. Die LFA-1-abhängige Proliferation ist nicht alleine durch die adhäsionsbedingte Verstärkung der TCR-Stimulierung zu erklären, sondern beruht auf TCR-unabhängiger Signaltransduktion. Analog zu der Integrin- vermittelten Signaltransduktion in adhärenten Zellen beruht auch die LFA-1-vermittelte auf der zytoskelett-abhängigen Induktion einer abgeflachten Zellform ("spreading") und nicht nur auf der Rezeptoraggregation. LFA-1 beeinflußt in zwei unterschiedlichen Phasen die Zellzyklusprogression: In der G0-Phase bewirken die TCR-Stimulierung und die LFA-1-bedingte Reorganisation des Zytoskeletts eine synergistische Aktivierung von Tyrosinphosphorylierungen, die zu einer verstärkten Aktivierung der "mitogen- activated protein" (Map) kinasen und veränderter Genexpression führen. Diese resultiert dann in Zellzykluseintritt und der Fähigkeit, auf die Präsenz des T -Zell-Wachstumsfaktors Interleukin-2 mit Zellzyklusprogression zu reagieren ("Kompetenz"). Die LFA-1-bedingte Induktion des "spreading" ist aber auch eine notwendige späte Komponente der TCR-abhängigen Proliferation: Lang andauerndes "spreading" im Kontext der interzellulären Adhäsion ist eine notwendige Bedingung für die Produktion von Interleukin-2. Interleukin-2 ist notwendig und hinreichend um in kompetenten Zellen zur Expression der alpha-Kette des Interleukin-2-Rezeptors (CD25) und zur Aktivierung der "Cyclin-abhängigen Kinasen" (CDKs) zu führen, letzteres auf Grund der verstärkten Cyclin D3 Expression und der verminderten Stabilität des CDK-Inhibitors p27kip1. Die aktivierten CDKs phosphorylieren und inaktivieren das Retinoblastom-Protein, was letztlich zur Zellzyklusprogression führt. Die Stimulierung des alternativen costimulatorischen Rezeptors CD28 resultiert in der adhäsionsunabhängigen Zellzyklusprogression. Die costimulations-bedingte Zellzyklusprogression wurde nicht von Cyclosporin A inhibiert und wurde von der verstärkten in vitro Bindung von Transkriptionsfaktoren an den Interleukin-2 Promotors begleitet. Adhäsionsabhängige ("anchorage-dependent") T-Zell Proliferation ist daher durch eine sequentielle Wirkung der integrin- vermittelten Signaltranduktion gekennzeichnet, die zusammen mit dem aktivierenden antigenen Stimulus sowohl den Zellzykluseintritt als auch die -progression reguliert. Auf Grund der erhaltenen Ergebnisse und der zitierten Literatur wird das Modell der bedingten Adhäsionsabhängigkeit der T-Zell Proliferation vorgeschlagen: Die Stärke der TCR-Stimulation, alternative costimulatorischer Wechselwirkungen und die verfügbaren Zytokine bedingen, ob LFA-1-bedingtes "spreading" für die T-Zell Aktivierung notwendig ist oder nicht.
