Unconventional T lymphocytes - recombinant MHC molecules pave the way

Abstract

T cells are central orchestrators and effectors of the adaptive immune system. CD8+ T cells that recognize peptide antigens presented on MHC class I molecules are believed to play a central role in fighting viral infections, intracellular pathogens and cancer. The use of recombinant peptide-HLA class I complexes that mimic the natural ligands of human CD8+ T cells should greatly facilitate the manipulation and analysis of such cells, allowing further insight in their biology and opening therapeutic applications. To permit the rapid access to cytotoxic CD8+ T cells with defined properties, artificial antigen presenting cells with defined MHC densities were devised that enable in vitro priming of high- or low-avidity effector T cells at will. High-avidity T cells required more stringent costimulatory conditions during priming but were clearly superior in recognizing tumor cells expressing antigen. The efficiency and high degree of control of such a system may be of great potential for future immunotherapeutic settings. Using fluorescent MHC I multimers to analyze T-cell responses during infection and in healthy individuals, it was found that these tools allow the detection of unconventional T cells that would have remained unidentified by the use of conventional methods. First, in a patient with congenital CMV infection, it was found that circulating functional CD4+ and CD8+ T cells specific for the same viral peptide bound to an HLA class I molecule can coexist. This unexpected finding will extend the view of T-cell responses against viral antigens and poses questions on the role of MHC class I restricted CD4+ T cells in vivo. Finally, the detailed ex vivo characterisation of another unexpected cell population was reported. These CD8+ T cells, found in a significant proportion of healthy HLA-A2+ donors, are apparently specific for a peptide from the self-protein cytokeratin 18. Albeit showing the phenotypical hallmarks of antigen-experienced effector CD8+ cells, these cells did neither lyse cognate target cells nor did they express any tested cytokine upon antigen recognition. These findings suggest that the subset of circulating human CD8+ T cells with the effector phenotype may be more heterogenous than previously thought and comprise cells without classical effector function and so far with unknown function.

T-Zellen stehen als Effektoren und Organisatoren im Zentrum des adaptiven Immunsystems. CD8+ T-Zellen, die Peptide auf MHC Klasse I erkennen, wird eine zentrale Rolle bei der Abwehr von Viren, intrazellulären Erregern und Krebs zugesprochen. Die Verwendung von rekombinanten Peptid-HLA I Komplexen, welche die natürlichen Liganden humaner CD8+ T-Zellen imitieren, sollte die gezielte Beeinflussung und Analyse solcher Zellen erleichtern. Dadurch werden neue Einsichten in Biologie und therapeutische Anwendung dieser Zellen erhofft. Um zytotoxische CD8+ T-Zellen mit definierten Eigenschaften zur Verfügung zu haben, wurden künstliche antigenpräsentierende Zellen mit kontrollierten MHC-Dichten erdacht. Damit konnten in vitro gezielt hoch- oder niedrigavide Effektor-T-Zellen generiert werden. Hochavide T-Zellen benötigten striktere kostimulatorische Bedingungen, waren jedoch bei der Erkennung von antigenpräsentierenden Tumorzellen überlegen. Das hohe Maß an Effizienz und Kontrolle dieses Systems könnte sich bei zukünftigen immuntherapeutischen Anwendungen auszahlen. Mittels fluoreszenter MHC I Multimere wurden T-Zellantworten während Infektionen und bei gesunden Spendern untersucht. Dabei zeigt sich, dass diese Werkzeuge den Nachweis von unkonventionellen T-Zellen ermöglichen, die mit gewöhnlichen Werkzeugen unerkannt bleiben würden. In einem Patienten mit kongenitaler CMV-Infektion wurde gezeigt, dass funktionelle CD4+ und CD8+ T-Zellen spezifisch für dasselbe virale Peptid auf HLA I im Blut koexistieren können. Diese unerwartete Entdeckung erweitert unser Wissen über T-Zellantworten gegen virale Antigene und wirft neue Fragen zur Funktion von MHC Klasse I restringierten CD4+ T-Zellen in vivo auf. Schließlich wurde die genaue ex vivo-Charakterisierung weiterer unerwarteter Zellen berichtet. Diese CD8+ T-Zellen, die in einem großen Anteil von gesunden HLA-A2+ Spendern auftreten, scheinen spezifisch für ein Peptid des körpereigenen Proteins Zytokeratin 18 zu sein. Trotz typischer Merkmale von antigen-erfahrenen Effektor-T-Zellen waren sie weder zur Lyse noch zur Expression von Zytokinen nach Antigenkontakt fähig. Diese Ergebnisse legen nahe, dass zirkulierende humane CD8+ T-Zellen mit Effektorphänotyp heterogener zusammengesetzt sind, als bisher angenommen wurde, und Zellen ohne Effektorstatus enthalten. Die Funktion solcher Zellen ist bisher unbekannt.