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Erhöhte Differenzierung von humanen regulatorischen T-Zellen durch Blockade des Melastatin-ähnlichen Transienten Rezeptor Potential Kationen Kanal 7 (TRPM7)
Erhöhte Differenzierung von humanen regulatorischen T-Zellen durch Blockade des Melastatin-ähnlichen Transienten Rezeptor Potential Kationen Kanal 7 (TRPM7)
Magnesium ist für den menschlichen Köper nicht nur als essentielles Element an mehreren hundert enzymatischen Reaktionen beteiligt, sondern beeinflusst auch die Immunantwort des Körpers. So führt ein Mangel an Mg2+ zu verstärkten Entzündungsprozessen. Ein weiterer Hinweis für die Rolle von Mg2+ in der Immunzellaktivierung ist ein humaner X-chromosomaler Immundefekt, welcher mit dem vermuteten Mg2+-Transporter 1 (MagT1) in Verbindung gebracht wird. Das weist auf eine wesentliche Rolle von Mg2+ bei der Aktivierung von Immunzellen hin. Kürzlich wurde diese Ansicht jedoch durch einen Bericht von Gilmore et al. in Frage gestellt. Die Rolle von MagT1 als Transporter und seine Expression in der Plasmamembran wurden angezweifelt. Daher muss die Bedeutung des Mg2+ leitenden Transient Receptor Potential Kanals (TRPM7) als Schlüsselakteur in diesen Prozessen weiter untersucht werden. TRPM7 wird nicht nur in Immunzellen stark exprimiert, sondern kontrolliert auch die zelluläre Mg2+-Homostase. Seine Kanalaktivität wird durch Mg2+ und Mg.ATP negativ reguliert Ziel dieser Arbeit war es, die Analyse der Expression von TRPM7 in verschiedenen T-Zellsubtypen sowie dessen Rolle bei der Differenzierung von CD4+ T-Lymphozyten zu untersuchen. Es wurden naïve CD4+ T-Zellen isoliert und gezielt stimuliert, um unterschiedliche T Zell-Subtypen zu erzeugen, welche unter Verwendung molekularer und biochemischer Analysen, Ganzzell-Elektrophysiologie sowie bildgebender Verfahren auf Expressionsniveaus, Funktion und Regulation von TRPM7 untersucht wurden. In der elektrophysiologischen Charakterisierung lies sich TRPM7 in allen untersuchten T-Lymphozyten-Subtypen nachweisen. Wobei nTregs eine signifikant geringere funktionelle TRPM7-Expression als die naïven CD4+ T-Lymphozyten aufwiesen. Verschiedene extrazelluläre Mg2+-Konzentrationen führten in den untersuchten T Lymphozyten-Subtypen zu unterschiedlicher Aktivierung des TRPM7-Kanals. Die untersuchten nTregs zeigten eine stärkere Aktivierung von TRPM7 bei fehlendem Mg2+ als naïve CD4+ T-Lymphozyten. Um den Einfluss von TRPM7 auf T-Lymphozyten näher zu untersuchen, erfolgten in vitro Differenzierungsexperimente mit naïven T-Zellen mit oder ohne TRPM7-Blocker und mit variierenden Mg2+-Spiegeln. Während ein erhöhter Mg2+-Spiegel einen negativen Einfluss auf die Differenzierungsrate von iTregs hatte, führten sowohl die Wegnahme von Mg2+ aus dem Medium als auch die TRPM7-Inhibition durch die bekannten Kanalblocker, Waixenicin A und NS8593, zu einer erhöhten Differenzierungsrate von iTregs. Dieses könnte eine Erklärung dafür sein, weshalb ein Mg2+-Defizit in vivo zu einer Schwächung des Immunsystems führt. Die in vorliegender Arbeit dargelegten Befunde legen einen Einfluss von TRPM7 auf immunologische Prozesse nahe., Not only is magnesium (Mg2+) involved in the human body as an essential element in several hundred enzymatic reactions, it also affects the body's immune response. Studies show a lack of Mg2+ leads to increased inflammatory reaction. An indication of the role of Mg2+ in immune cell activation is a human X-linked immunodeficiency associated with the putative Mg2+ transporter 1 (MagT1). This indicates an essential role of Mg2+ in the activation of immune cells. Recently, the role of MagT1 as a transporter and its expression in the plasma membrane were questioned by Gilmore et al. Therefore, the importance of the Mg2+-conducting transient receptor potential channel (TRPM7) as a key player in these processes, needs further investigation. TRPM7 is not only highly expressed in immune cells but also controls cellular Mg2+- homeostasis. Its channel activity is negatively regulated by Mg2+ and Mg.ATP. The aim of this work was to analyze the expression of TRPM7 in different T cell subtypes as well as its role in the differentiation of CD4+ T lymphocytes. Naïve CD4+ T lymphocytes were isolated and selectively stimulated to generate different T cell subtypes, which were analyzed for expression levels, function and regulation of TRPM7 using molecular and biochemical analyzes, whole cell electrophysiology and imaging techniques. In the electrophysiological characterization TRPM7 could be detected in all examined T lymphocyte subtypes. The functional TRPM7 expression was significantly lower in nTregs than in naïve CD4+ T-lymphocytes. In the examined T lymphocyte subtypes different extracellular Mg2+ concentrations led to different activation of the TRPM7 channel. The investigated nTregs showed a stronger activation of TRPM7 in the absence of Mg2+ than naïve CD4+ T-lymphocytes. In order to further investigate the influence of TRPM7 on the differentiation of CD4+ T lymphocyte subsets, naïve T cells were differentiated in vitro with or without TRPM7 blockers and varying Mg2+ concentrations . While increased Mg2+ levels had a negative impact on the rate of differentiation of iTregs, both the removal of Mg2+ from the medium and the inhibition of TRPM7 by the known channel blockers, waixenicin A and NS8593, led to an increased differentiation rate of iTregs. This might explain why systemic Mg2+ deficiency is often accompanied by a diminished immune system. The experiments presented herein suggest an influence of TRPM7 in immunological processes.
TRPM7
Lewitz, Dorothea
2021
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Lewitz, Dorothea (2021): Erhöhte Differenzierung von humanen regulatorischen T-Zellen durch Blockade des Melastatin-ähnlichen Transienten Rezeptor Potential Kationen Kanal 7 (TRPM7). Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Magnesium ist für den menschlichen Köper nicht nur als essentielles Element an mehreren hundert enzymatischen Reaktionen beteiligt, sondern beeinflusst auch die Immunantwort des Körpers. So führt ein Mangel an Mg2+ zu verstärkten Entzündungsprozessen. Ein weiterer Hinweis für die Rolle von Mg2+ in der Immunzellaktivierung ist ein humaner X-chromosomaler Immundefekt, welcher mit dem vermuteten Mg2+-Transporter 1 (MagT1) in Verbindung gebracht wird. Das weist auf eine wesentliche Rolle von Mg2+ bei der Aktivierung von Immunzellen hin. Kürzlich wurde diese Ansicht jedoch durch einen Bericht von Gilmore et al. in Frage gestellt. Die Rolle von MagT1 als Transporter und seine Expression in der Plasmamembran wurden angezweifelt. Daher muss die Bedeutung des Mg2+ leitenden Transient Receptor Potential Kanals (TRPM7) als Schlüsselakteur in diesen Prozessen weiter untersucht werden. TRPM7 wird nicht nur in Immunzellen stark exprimiert, sondern kontrolliert auch die zelluläre Mg2+-Homostase. Seine Kanalaktivität wird durch Mg2+ und Mg.ATP negativ reguliert Ziel dieser Arbeit war es, die Analyse der Expression von TRPM7 in verschiedenen T-Zellsubtypen sowie dessen Rolle bei der Differenzierung von CD4+ T-Lymphozyten zu untersuchen. Es wurden naïve CD4+ T-Zellen isoliert und gezielt stimuliert, um unterschiedliche T Zell-Subtypen zu erzeugen, welche unter Verwendung molekularer und biochemischer Analysen, Ganzzell-Elektrophysiologie sowie bildgebender Verfahren auf Expressionsniveaus, Funktion und Regulation von TRPM7 untersucht wurden. In der elektrophysiologischen Charakterisierung lies sich TRPM7 in allen untersuchten T-Lymphozyten-Subtypen nachweisen. Wobei nTregs eine signifikant geringere funktionelle TRPM7-Expression als die naïven CD4+ T-Lymphozyten aufwiesen. Verschiedene extrazelluläre Mg2+-Konzentrationen führten in den untersuchten T Lymphozyten-Subtypen zu unterschiedlicher Aktivierung des TRPM7-Kanals. Die untersuchten nTregs zeigten eine stärkere Aktivierung von TRPM7 bei fehlendem Mg2+ als naïve CD4+ T-Lymphozyten. Um den Einfluss von TRPM7 auf T-Lymphozyten näher zu untersuchen, erfolgten in vitro Differenzierungsexperimente mit naïven T-Zellen mit oder ohne TRPM7-Blocker und mit variierenden Mg2+-Spiegeln. Während ein erhöhter Mg2+-Spiegel einen negativen Einfluss auf die Differenzierungsrate von iTregs hatte, führten sowohl die Wegnahme von Mg2+ aus dem Medium als auch die TRPM7-Inhibition durch die bekannten Kanalblocker, Waixenicin A und NS8593, zu einer erhöhten Differenzierungsrate von iTregs. Dieses könnte eine Erklärung dafür sein, weshalb ein Mg2+-Defizit in vivo zu einer Schwächung des Immunsystems führt. Die in vorliegender Arbeit dargelegten Befunde legen einen Einfluss von TRPM7 auf immunologische Prozesse nahe.

Abstract

Not only is magnesium (Mg2+) involved in the human body as an essential element in several hundred enzymatic reactions, it also affects the body's immune response. Studies show a lack of Mg2+ leads to increased inflammatory reaction. An indication of the role of Mg2+ in immune cell activation is a human X-linked immunodeficiency associated with the putative Mg2+ transporter 1 (MagT1). This indicates an essential role of Mg2+ in the activation of immune cells. Recently, the role of MagT1 as a transporter and its expression in the plasma membrane were questioned by Gilmore et al. Therefore, the importance of the Mg2+-conducting transient receptor potential channel (TRPM7) as a key player in these processes, needs further investigation. TRPM7 is not only highly expressed in immune cells but also controls cellular Mg2+- homeostasis. Its channel activity is negatively regulated by Mg2+ and Mg.ATP. The aim of this work was to analyze the expression of TRPM7 in different T cell subtypes as well as its role in the differentiation of CD4+ T lymphocytes. Naïve CD4+ T lymphocytes were isolated and selectively stimulated to generate different T cell subtypes, which were analyzed for expression levels, function and regulation of TRPM7 using molecular and biochemical analyzes, whole cell electrophysiology and imaging techniques. In the electrophysiological characterization TRPM7 could be detected in all examined T lymphocyte subtypes. The functional TRPM7 expression was significantly lower in nTregs than in naïve CD4+ T-lymphocytes. In the examined T lymphocyte subtypes different extracellular Mg2+ concentrations led to different activation of the TRPM7 channel. The investigated nTregs showed a stronger activation of TRPM7 in the absence of Mg2+ than naïve CD4+ T-lymphocytes. In order to further investigate the influence of TRPM7 on the differentiation of CD4+ T lymphocyte subsets, naïve T cells were differentiated in vitro with or without TRPM7 blockers and varying Mg2+ concentrations . While increased Mg2+ levels had a negative impact on the rate of differentiation of iTregs, both the removal of Mg2+ from the medium and the inhibition of TRPM7 by the known channel blockers, waixenicin A and NS8593, led to an increased differentiation rate of iTregs. This might explain why systemic Mg2+ deficiency is often accompanied by a diminished immune system. The experiments presented herein suggest an influence of TRPM7 in immunological processes.