Papel de CCR5 en la oligomerización del TCR y su relevancia en las respuestas T CD4 de memoria

Abstract

Para explicar la alta especificidad y sensibilidad con la que los linfocitos T responden a los péptidos antigénicos, se ha propuesto que el receptor de antígeno de células T (TCR) se organiza en forma de nanocomplejos que aumentan de tamaño en células T activadas y de memoria. Esta reorganización mejora la sensibilidad antigénica de las células preactivadas, posiblemente porque los nanocomplejos de gran tamaño favorecen mecanismos de cooperación durante la señalización del TCR. El receptor de quimioquinas CCR5 se acumula en la sinapsis inmune y actúa en las etapas iniciales de la activación de los linfocitos T CD4+ como un receptor coestimulador. Una cuestión no analizada hasta el momento es si la señalización inducida por CCR5 podría controlar el grado de oligomerización del TCR y, por ende, la funcionalidad de las células T previamente activadas por el antígeno. A lo largo de esta tesis, hemos demostrado que la actividad de CCR5 determina el tamaño y la valencia de los nanocomplejos de TCR en linfocitos efectores y de memoria. Esta actividad ocurre específicamente en linfocitos T CD4+, es independiente de las señales coestimuladoras inducidas por CCR5 y no es compartida por otros receptores de quimioquinas como CXCR4. La función de CCR5 en la distribución del TCR en la membrana se asocia con cambios en la composición lipídica. Los linfocitos T CD4+ CCR5-/- activados contienen más ceramidas que los WT, debido a la mayor expresión de varias isoformas de ceramidas sintetasas. De hecho, encontramos una mayor actividad transcripcional del gen de la ceramida sintetasa 2 (Cers2) en linfocitos T CD4+ CCR5-/- activados, una enzima clave en la síntesis de novo de ceramidas en la membrana. Hemos determinado tanto por aproximaciones de biología sintética empleando liposomas artificiales, como por el tratamiento de células vivas con esfingomielinasa ácida recombinante, que el aumento en los niveles de ceramidas dificulta la correcta organización de los TCRs para formar nanocomplejos de gran tamaño. Además, el silenciamiento de Cers2 en linfocitos CCR5-/-, permite recuperar unos niveles de oligomerización del TCR y de sensibilidad antigénica comparables a los de linfocitos WT, evidenciando la importancia del eje CCR5/CERS2 en la oligomerización del TCR. Finalmente, hemos demostrado que el déficit de CCR5 reduce la sensibilidad antigénica de células T CD4+ activadas y de memoria en experimentos in vitro, y disminuye el cambio de isotipo de inmunoglobulinas asociado a una menor cooperación de los linfocitos T CD4+ de memoria con las células B en experimentos in vivo. Nuestros resultados han identificado un nuevo papel de CCR5 en la formación de nanocomplejos de TCR en linfocitos T CD4+ de ratón y humanos mediante la regulación del metabolismo de esfingolípidos, y sugieren la participación de este receptor de quimioquinas en la generación de respuestas T CD4 de memoria efectivas.

To explain the high specificity and sensitivity with which T lymphocytes respond to antigenic peptides, it has been proposed that the T cell antigen receptor (TCR) is organized in nanocomplexes, which are larger in activated and memory T cells. This reorganization to larger TCR oligomers improves the antigen sensitivity of preactivated T cells, probably because the nanoclusters allow cooperative effects during TCR signaling. The chemokine receptor CCR5 accumulates at the immunological synapse and acts as a co-stimulatory receptor in the early stages of CD4+ T lymphocyte activation. Whether CCR5-induced signaling controls the degree of TCR oligomerization degree and therefore, preactivated T cell function, is a question that remains to be addressed. In this thesis, we have shown that CCR5 activity determines TCR nanocluster size and valency in effector and memory T cells. This activity is CD4+ T lymphocyte-specific, independent of CCR5-induced costimulatory signals and is not shared by other chemokine receptors such as CXCR4. CCR5-induced TCR nanoclustering is associated with changes in cell lipid composition. Activated CCR5-/- CD4+ T cells have higher ceramide levels than WT counterparts, which coincides with increased expression of several ceramide synthase isoforms. Indeed, in activated CCR5-/- CD4+ T cells we found more transcriptional activity of the Cers2 gene, which encodes a key enzyme in the de novo ceramide synthesis pathway. In a synthetic biology approach using artificial liposomes, and in sphingomyelinase-treated living cells, ceramide levels critically determined TCR nanocluster size. Cers2 silencing in CCR5-/- lymphocytes recovered TCR oligomerization and antigen sensitivity levels comparable to those of WT cells, evidence of the importance of the CCR5/CERS2 axis in TCR oligomerization. Finally, we show that CCR5 deficiency reduces activated and memory CD4+ T cells antigen sensitivity in vitro, and decreases immunoglobulin class switch due to less cooperation between memory CD4+ T cells and B cells in in vivo experiments. Our results identify a CCR5 role in TCR nanocomplex formation, both in mouse and in human CD4+ T lymphocytes, through the regulation of sphingolipid metabolism. The data suggest the participation of this chemokine receptor in the generation of effective memory CD4 T cell responses.