Krüppel-like factor 2: a key transcription factor mediates CD4+ T cells migration in experimental autoimmune encephalomyelitis

Zhuo, La (2026): Krüppel-like factor 2: a key transcription factor mediates CD4+ T cells migration in experimental autoimmune encephalomyelitis. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Autoreactive CD4+ T cells migrating into the central nervous system (CNS) has been established as a key driver for the multiple sclerosis (MS) disease onset. Once inside the CNS, these cells are activated by CNS-specific antigens, triggering neuroinflammation, and further neurodegeneration. In recent times, the inhibition of the autoreactive CD4+ T cell migration became a promising therapeutic strategy. However, like other treatments, it cannot fully prevent the MS disease progression and comes with the risk of severe infections. To develop better therapies, a deeper understanding of the molecular mechanisms guiding CD4+ T cell migration is essential. Our study aims to reveal how autoreactive CD4+ T cells migrate through key stages—from the bloodstream to secondary lymphoid organs (SLOs), back into circulation, and ultimately into the CNS. Our observations are based on the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) model, a well-established model for MS. We focused on the two transcription factors, krüpple-like factor 2 (Klf2) and forkhead box protein O1 (Foxo1), identified from our previously published genome-wide CRISPR/Cas9 screening data for their role in regulating autoreactive CD4+ T cell migration. Using CRISPR/Cas9 single-gene knockout technology, we examined the individual functions of Klf2 and Foxo1 in T cell migration in an adoptive transfer EAE model, along with the distinct functions of their downstream effector molecules. Our study highlights Klf2 as a key transcription factor controlling T cell migration in EAE. Knocking out Klf2 caused T cells to accumulate in the parathymic lymph nodes (ptLNs) and spleen. Based on our findings, this is due to an increase in C-C chemokine receptor 7 (Ccr7) expression and the absence of sphingosine-1-phosphate receptor 1 (S1pr1). Additionally, Klf2 deficiency reduced Itga4 and Itgb1 expression, disrupting very late antigen 4 (VLA4) and preventing T cells from adhering to CNS blood vessels. As a result, Klf2-KO cells cannot infiltrate the CNS to induce EAE. Interestingly, knocking out Foxo1, an upstream regulator of Klf2, led T cells to a higher accumulation in ptLNs but did not affect their migration to the CNS. This is likely because Foxo1 promotes Ccr7 expression, but its absence does not impact Itga4. Beyond migration, our findings reveal Klf2 as a crucial switch between the activated and migratory states of T cells. Without Klf2, autoreactive T cells remain in an activated state, showing increased CD25 expression and elevated pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IFN-γ, and IL-17A). This abnormal activation, combined with their failure to infiltrate the CNS, suggests that Klf2 is essential for shifting T cells into a migratory phenotype in SLOs. By uncovering these molecular pathways, our study offers new insights into potential therapeutic targets that could block autoreactive T cell migration into the CNS without broadly suppressing the immune system.

Abstract

Die Migration autoreaktiver CD4+ T-Zellen in das zentrale Nervensystem (ZNS) wurde als ein entscheidender treibender Faktor für den Ausbruch der Multiplen Sklerose (MS) etabliert. Sobald diese Zellen in das ZNS gelangen, werden sie durch ZNS-spezifische Antigene aktiviert, was eine Neuroinflammation auslöst und zu fortschreitender Neurodegeneration führt. Die Hemmung der Migration autoreaktiver CD4+ T-Zellen wird heutzutage als eine vielversprechende therapeutische Strategie angesehen. Allerdings kann dieser Ansatz, wie andere bestehende Behandlungen, das Fortschreiten von MS nicht vollständig verhindern und birgt zudem das Risiko schwerwiegender Infektionen. Um bessere Therapien zu entwickeln, ist ein tieferes Verständnis von den molekularen Mechanismen, die die CD4+ T-Zellen Migration steuern, erforderlich. In dieser Studie wird untersucht, wie autoreaktive CD4+ T-Zellen verschiedene Migrationsschritte durchlaufen – vom Blutstrom in sekundäre lymphatische Organe (SLOs), zurück in die Zirkulation und schließlich in das ZNS. Die Observationen basieren auf dem experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis-(EAE)Modell, einem etablierten Tiermodell für MS. Diese Studie konzentriert sich auf die beiden Transkriptionsfaktoren krüpple-like factor 2 (Klf2) und forkhead box protein O1 (Foxo1), die in unserer zuvor veröffentlichten genomweiten CRISPR/Cas9Screening-Analyse als Regulatoren der Migration autoreaktiver CD4+ T-Zellen identifiziert wurden. Durch gezielte CRISPR/Cas9-Knockout-Experimente analysierten diese Studie die individuellen Rollen von Klf2 und Foxo1 bei der T-Zell-Migration im adoptiven Transfer-EAE-Modell, sowie die spezifischen Funktionen ihrer nachgeschalteten Effektormoleküle. Diese Studie hebt Klf2 als einen zentralen Transkriptionsfaktor für die Steuerung der T-Zell-Migration im EAE-Modell hervor. Der Knockout von Klf2 führte dazu, dass sich die T-Zellen in den parathymischen Lymphknoten (ptLNs) und der Milz anreicherten. Die Ergebnisse zeigen, dass dies auf eine erhöhte C-C chemokine receptor 7 (Ccr7) -Expression und das Fehlen von sphingosine-1phosphate receptor 1 (S1pr1) zurückzuführen ist. Zudem reduzierte das Fehlen von Klf2 die Expression von Itga4 und Itgb1, wodurch very late antigen 4 (VLA4) nicht mehr gebildet wurde. Infolgedessen konnten Klf2-defiziente T-Zellen nicht an die Blutgefäße des ZNS binden, nicht ins ZNS einwandern und dadurch keine EAE-Erkrankung auslösen. Interessanterweise führte der Knockout von Foxo1, einem upstream-Regulator von Klf2, zu einer erhöhten Anreicherung von T-Zellen in den ptLNs, beeinträchtigte jedoch nicht deren Migration ins ZNS. Dies könnte daran liegen, dass Foxo1 ebenfalls die Ccr7-Expression fördert, während Itga4 von Foxo1‘s Abwesenheit nicht beeinflusst wird. Über die Migration hinaus zeigt die durchgeführte Studie, dass Klf2 eine entscheidende Rolle beimÜbergang von CD4+ T-Zellen vom aktivierten in den migrierenden Zustand spielt. Ohne Klf2 bleiben autoreaktive T-Zellen in einem hyperaktivierten Zustand, mit erhöhter CD25-Expression und verstärkter Produktion proinflammatorischer Zytokine (TNF-α, IFN-γ und IL-17A). Diese abnormale Aktivierung, kombiniert mit ihrem Versagen, in das zentrale Nervensystem (ZNS) einzudringen, deutet darauf hin, dass Klf2 entscheidend dafür ist, dass T-Zellen in den SLOs in einen migratorischen Phänotyp transformiert werden. Durch die Identifizierung dieser molekularen Pfade liefert die Studie neue Erkeenntnisse über potenzielle therapeutische Ansätze, die die Migration autoreaktiver T-Zellen ins ZNS gezielt blockieren, ohne dabei das gesamte Immunsystem zu unterdrücken.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Klf2, Multiple Sclerosis, Autoreactive T Cell
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 13. Januar 2026
• 1. Bericht­erstatter:in: Kawakami, Naoto