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Towards understanding lymphocyte biology – lessons from murine models and primary immunodeficiencies
Towards understanding lymphocyte biology – lessons from murine models and primary immunodeficiencies
B and T lymphocytes constitute two essential components of the adaptive immune system. Both lineages arise from haematopoietic progenitors which reside in the bone marrow. Although final commitment and differentiation steps happen in different lymphoid organs, B and T cells share remarkable similarities. Both utilise Rag genes for somatically rearrange genes that encode their antigen recognition receptors. While B and T cells recombine different sets of genes, the Rag1/Rag2 genes complex recognises the same short motif in DNA to catalyse the reaction. Also, final commitment processes and selection of newly emerged receptors are similar and unique to them. Deriving a picture of the regulatory network of lymphocytes might also be seen as a model allowing to understand the basic mechanisms of non-coding RNA action. Moreover, it permits to deepen our understanding of fundamental processes in which B and T lymphocytes act. The first study summarised here describes the impact of microRNA-191 on the transcriptional regulatory network and posttranscriptional gene regulation. The transcription factors FoxP1, E2A and Egr1, were identified as direct downstream targets of miR-191. Deletion, as well as ectopic expression of miR-191, resulted in a developmental arrest in B lineage cells, indicating that fine-tuning of the combined expression levels of Foxp1, E2A, and Egr1, which in turn control somatic recombination and cytokine-driven expansion, constitutes a prerequisite for efficient B-cell development. Two other studies explored the molecular mechanism behind primary immunodeficiencies. The pivotal role of the LAMTOR2 (p14) protein on B-lymphocytes development was linked to the aberrant internalisation of BCR from the cell membrane, subsequently leading to abnormal phosphorylation of BCR-associated kinases. Further, by studying the case of unknown entities, the unexpected significance of FCHO1 protein and clathrin-mediated endocytosis during T-lymphocyte development and function in humans was revealed. The last paper delineates the lineage relationship between myeloid cells and T lymphocytes. Development of cellular barcoding experiments allowed to follow hematopoietic lineage decisions and to answer the query about the origin of thymic DC and the mechanisms of thymic progenitor commitment., B- und T-Lymphozyten stellen zwei wesentliche Komponenten des adaptiven Immunsystems dar. Beide Linien gehen aus hämatopoetischen Vorläuferzellen hervor, die sich im Knochenmark befinden. Obwohl die endgültige Festlegung und die Differenzierungsschritte in unterschiedlichen lymphatischen Organen stattfinden, weisen B—und T-Zellen bemerkenswerte Ähnlichkeiten auf. Beide nutzen Rag-Gene zur somatischen Rekombination von Genen, die für ihre Antigenerkennungsrezeptoren kodieren. Während B- und T-Zellen verschiedene Sets an Genen rekombinieren, erkennt der Rag1/Rag2-Gen-Komplex dasselbe kurze DNA-Motiv, um die Reaktion zu katalysieren. Des Weiteren sind ihre endgültigen Festlegungsprozesse und ihre Selektion der neu entstandenen Rezeptoren ähnlich und einzigartig. Die Abbildung des regulatorischen Netzwerks von Lymphozyten könnte auch als Modell angesehen werden, das es erlaubt, grundlegende Mechanismen der ncRNA-Wirkungsweise zu verstehen. Außerdem gestattet es, unser Verständnis der wesentlichen Prozesse zu vertiefen, in denen B- und T-Lymphozyten beteiligt sind. Die erste hier zusammengefasste Studie beschreibt den Einfluss der microRNA-191 auf das transkriptionelle Regulationsnetzwerk und die posttranskriptionelle Genregulation. Die Transkriptionsfaktoren FoxP1, E2A und Egr1 wurden als direkte nachgeschaltete Ziele von miR-191 identifiziert. Sowohl die Deletion als auch die ektopische Expression von miR-191 hatten einen Entwicklungsstillstand bei Zellen der B-Zelllinie zur Folge, was zeigt, dass die Feinabstimmung der kombinierten Expressionslevels von Foxp1, E2A und Egr1, die wiederum die somatische Rekombination und die zytokingesteuerte Expansion kontrollieren, eine Voraussetzung für eine effiziente B-Zellentwicklung darstellt. Zwei weitere Studien haben die molekularen Mechanismen von primären Immundefizienzen untersucht. Die zentrale Rolle des LAMTOR2 (p14)-Proteins in der Entwicklung von B-Lymphozyten wurde mit der aberranten Internalisierung des BCRs von der Zellmembran in Verbindung gebracht, die eine abnormale Phosphorylierung von BCR-assoziierten Kinasen zur Folge hat. Des Weiteren wurde durch die Untersuchung unbekannter Entitäten die unerwartete Bedeutung des FCHO1-Proteins und der Clathrin-vermittelten Endozytose für die Entwicklung und Funktion von T-Lymphozyten im Menschen aufgedeckt. Die letzte Veröffentlichung beschreibt die Abstammungsbeziehung von myeloiden Zellen und T-Lymphozyten. Die Etablierung von zellulären Barcodes erlaubte es, die Entscheidung der hämatopoetischen Abstammungslinie nachzuvollziehen und die Frage nach dem Ursprung von thymischen DCs, sowie den Mechanismen der Festlegung der Thymus-Vorläuferzellen zu beantworten.
immunology, lymphocytes, T cell, B cell, primary immunodeficiency, LAMTOR2, p4, FCHO1, microRNA, mirNA, mir-191
Łyszkiewicz, Marcin
2021
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Łyszkiewicz, Marcin (2021): Towards understanding lymphocyte biology – lessons from murine models and primary immunodeficiencies. Habilitationsschrift, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

B and T lymphocytes constitute two essential components of the adaptive immune system. Both lineages arise from haematopoietic progenitors which reside in the bone marrow. Although final commitment and differentiation steps happen in different lymphoid organs, B and T cells share remarkable similarities. Both utilise Rag genes for somatically rearrange genes that encode their antigen recognition receptors. While B and T cells recombine different sets of genes, the Rag1/Rag2 genes complex recognises the same short motif in DNA to catalyse the reaction. Also, final commitment processes and selection of newly emerged receptors are similar and unique to them. Deriving a picture of the regulatory network of lymphocytes might also be seen as a model allowing to understand the basic mechanisms of non-coding RNA action. Moreover, it permits to deepen our understanding of fundamental processes in which B and T lymphocytes act. The first study summarised here describes the impact of microRNA-191 on the transcriptional regulatory network and posttranscriptional gene regulation. The transcription factors FoxP1, E2A and Egr1, were identified as direct downstream targets of miR-191. Deletion, as well as ectopic expression of miR-191, resulted in a developmental arrest in B lineage cells, indicating that fine-tuning of the combined expression levels of Foxp1, E2A, and Egr1, which in turn control somatic recombination and cytokine-driven expansion, constitutes a prerequisite for efficient B-cell development. Two other studies explored the molecular mechanism behind primary immunodeficiencies. The pivotal role of the LAMTOR2 (p14) protein on B-lymphocytes development was linked to the aberrant internalisation of BCR from the cell membrane, subsequently leading to abnormal phosphorylation of BCR-associated kinases. Further, by studying the case of unknown entities, the unexpected significance of FCHO1 protein and clathrin-mediated endocytosis during T-lymphocyte development and function in humans was revealed. The last paper delineates the lineage relationship between myeloid cells and T lymphocytes. Development of cellular barcoding experiments allowed to follow hematopoietic lineage decisions and to answer the query about the origin of thymic DC and the mechanisms of thymic progenitor commitment.

Abstract

B- und T-Lymphozyten stellen zwei wesentliche Komponenten des adaptiven Immunsystems dar. Beide Linien gehen aus hämatopoetischen Vorläuferzellen hervor, die sich im Knochenmark befinden. Obwohl die endgültige Festlegung und die Differenzierungsschritte in unterschiedlichen lymphatischen Organen stattfinden, weisen B—und T-Zellen bemerkenswerte Ähnlichkeiten auf. Beide nutzen Rag-Gene zur somatischen Rekombination von Genen, die für ihre Antigenerkennungsrezeptoren kodieren. Während B- und T-Zellen verschiedene Sets an Genen rekombinieren, erkennt der Rag1/Rag2-Gen-Komplex dasselbe kurze DNA-Motiv, um die Reaktion zu katalysieren. Des Weiteren sind ihre endgültigen Festlegungsprozesse und ihre Selektion der neu entstandenen Rezeptoren ähnlich und einzigartig. Die Abbildung des regulatorischen Netzwerks von Lymphozyten könnte auch als Modell angesehen werden, das es erlaubt, grundlegende Mechanismen der ncRNA-Wirkungsweise zu verstehen. Außerdem gestattet es, unser Verständnis der wesentlichen Prozesse zu vertiefen, in denen B- und T-Lymphozyten beteiligt sind. Die erste hier zusammengefasste Studie beschreibt den Einfluss der microRNA-191 auf das transkriptionelle Regulationsnetzwerk und die posttranskriptionelle Genregulation. Die Transkriptionsfaktoren FoxP1, E2A und Egr1 wurden als direkte nachgeschaltete Ziele von miR-191 identifiziert. Sowohl die Deletion als auch die ektopische Expression von miR-191 hatten einen Entwicklungsstillstand bei Zellen der B-Zelllinie zur Folge, was zeigt, dass die Feinabstimmung der kombinierten Expressionslevels von Foxp1, E2A und Egr1, die wiederum die somatische Rekombination und die zytokingesteuerte Expansion kontrollieren, eine Voraussetzung für eine effiziente B-Zellentwicklung darstellt. Zwei weitere Studien haben die molekularen Mechanismen von primären Immundefizienzen untersucht. Die zentrale Rolle des LAMTOR2 (p14)-Proteins in der Entwicklung von B-Lymphozyten wurde mit der aberranten Internalisierung des BCRs von der Zellmembran in Verbindung gebracht, die eine abnormale Phosphorylierung von BCR-assoziierten Kinasen zur Folge hat. Des Weiteren wurde durch die Untersuchung unbekannter Entitäten die unerwartete Bedeutung des FCHO1-Proteins und der Clathrin-vermittelten Endozytose für die Entwicklung und Funktion von T-Lymphozyten im Menschen aufgedeckt. Die letzte Veröffentlichung beschreibt die Abstammungsbeziehung von myeloiden Zellen und T-Lymphozyten. Die Etablierung von zellulären Barcodes erlaubte es, die Entscheidung der hämatopoetischen Abstammungslinie nachzuvollziehen und die Frage nach dem Ursprung von thymischen DCs, sowie den Mechanismen der Festlegung der Thymus-Vorläuferzellen zu beantworten.