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The Ubiquitin-like modifier FAT10 in tolerance induction

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Zusammenfassung

HLA-F adjacent transcript 10 (FAT10) is a ubiquitin-like modifier which is predominantly expressed in lymphoid tissue like thymus, lymph node and spleen. The expression of FAT10 is inducible in various cell types with pro-inflammatory cytokines tumor necrosis factor-alpha and interferon-gamma. FAT10 is able to target proteins for proteasomal degradation, but unlike ubiquitin, it is degraded along with its substrates. Only a few biological functions of FAT10 have been described, for instance, regulation of apoptosis, Toll-like receptor signaling, and cell cycle control. Under proteasomal inhibition, FAT10 can also target proteins to the aggresome and promote protein degradation via the autophagic-lysosomal pathway.

In the first part of this thesis, high expression of FAT10 in the thymus could be assigned to medullary thymic epithelial cells. These cells play an essential role in negative selection and central tolerance induction as they present self-antigens to developing thymocytes and promote elimination of self-reactive T cells. FAT10 expression was primarily detected in terminally differentiated medullary thymic epithelial cells that express the autoimmune regulator Aire and display high antigen-presenting capacity. Analysis of T cell receptor transgenic OT-2 and Smarta mice deficient for FAT10 revealed that thymic selection of transgenic OT-2 cells, but not of Smarta cells was altered in the absence of FAT10. Therefore, FAT10 seems to have an epitope dependent effect on thymic section. Furthermore, FAT10 prevented OT-2 T cells from excessive negative selection which was investigated in RIP-OVAhi mice. Additionally, FAT10-deficient TCR-transgenic Smarta mice showed defective negative selection leading to severe lethality in a carrier model of lymphocytic choriomeningitis virus.

In the second part, four new interaction partners of FAT10 were identified: 1. Bat3, 2. AATF, 3. Tollip, and 4. Moesin. FAT10 interacts non-covalently with Bat3, a protein that plays an important role in the removal of aggregated proteins. Endogenous Bat3 and FAT10 also interact under proteasomal inhibition. Additionally, FAT10 also interacts non-covalently with the apoptosis-antagonizing transcription factor AATF pointing out to further involvement of FAT10 in the regulation of apoptosis. Furthermore, it was shown that FAT10 interacts non-covalently with Tollip, an important repressor of Toll-like receptor signaling. Moesin, a protein involved in the organization of membranes and cell polarity, interacts non-covalently with FAT10. Additionally, it may represent a new target of covalent FAT10-modification as it seemed to be modified by one or two FAT10 moieties.

Taken together, FAT10 was identified as a novel player in thymic selection as it influences the selection of immature T cells in the thymus and thereby co-determines the T cell repertoire. The identification of four new FAT10 interaction partners provides new insights into the physiological role of FAT10.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Das HLA-F-angrenzende Transkript 10 (FAT10) ist ein Ubiquitin-ähnliches Protein, welches hauptsächlich in lymphatischen Geweben wie Thymus, Lymphknoten und Milz vorkommt. Jedoch ist die Expression von FAT10 in vielen Zelltypen mit Hilfe der proinflammatorischen Zytokine Tumornekrosefaktor-alpha und Interferon-gamma induzierbar. FAT10 kann Proteine zum proteasomalen Abbau führen, aber im Gegensatz zu Ubiquitin wird FAT10 nicht wiederverwendet, sondern zusammen mit dem Substratprotein abgebaut. Nur wenige biologische Funktionen sind von FAT10 bekannt, beispielsweise Einfluss auf programmierten Zelltod, eine Rolle im Signalweg von Toll-ähnlichen Rezeptoren oder Kontrolle des Zellzyklus. Wenn das Proteasom blockiert wird, kann FAT10 Proteine in Aggresomen befördern und von dort ihren Abbau über Autophagie im Lysosom fördern.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Expression von FAT10 im Thymus vor allem in medullären Thymusepithelzellen zu finden ist. Diese Zellen spielen eine essentielle Rolle in der negativen Selektion von T Zellen und in der zentralen Toleranzinduktion, da sie entwickelnden T Zellen Selbst-Antigene präsentieren. Somit bewirken sie die Eliminierung von T Zellen, die gegen körpereigene Proteine reagieren. FAT10 Expression war vor allem in ausdifferenzierten medullären Thymusepithelzellen zu finden, welche auch den Autoimmunregulator Aire exprimieren und ein besonders hohes Vermögen zur Antigenpräsentation besitzen. Die Analyse von den T Zellrezeptor transgenen Mausstämmen OT-2 und Smarta ergab, dass, in Abwesenheit von FAT10, die Selektion von OT-2 T Zellen, aber nicht die von Smarta T Zellen, beeinflusst war. Deshalb scheint FAT10 einen Epitop-abhängigen Effekt auf thymische Selektion zu haben. Außerdem bewahrt FAT10 OT-2 T Zellen vor übersteigerter Negativselektion, was im RIP-OVAhi Modell gezeigt wurde. Zusätzlich wiesen FAT10-defiziente T Zellrezeptor transgene Smarta Mäuse einen Defekt in der Negativselektion auf, was zu hoher Sterblichkeit in einem Träger-Modell des lymphozytären Choriomeningitisvirus führte.

Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden vier neue Interaktionspartner von FAT10 identifiziert: 1. Bat3, 2. AATF, 3. Tollip und 4. Moesin. FAT10 interagiert nicht-kovalent mit Bat3, einem Protein, das eine wichtige Rolle in der Beseitigung von aggregierten Proteinen spielt. Auch endogenes Bat3 und FAT10 interagierten, wenn das Proteasom blockiert wurde. Zusätzlich interagiert FAT10 nicht-kovalent mit AATF, einem Transkriptionsfaktor, der programmiertem Zelltod entgegenwirkt. Dies weist auf eine weitere Beteiligung von FAT10 an der Regulation des programmierten Zelltods hin. Außerdem wurde gezeigt, dass FAT10 nicht-kovalent mit Tollip interagiert, ein Protein, das als wichtiger Repressor im Signalweg von Toll-ähnlichen Rezeptoren gilt. Moesin, ein Protein, das an der Organisation von Membranen und Zellpolarität beteiligt ist, interagiert nicht-kovalent mit FAT10. Außerdem scheint es ein neues Ziel kovalenter FAT10 Modifikation zu sein, da wahrscheinlich ein oder zwei FAT10 Moleküle an Moesin gebunden hatten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass FAT10 als neuer Akteur in thymischer Selektion identifiziert wurde, da FAT10 die Selektion von unreifen T Zellen beeinflusst und somit das T Zellrepertoire mitbestimmt. Die Identifikation von vier neuen FAT10-Interaktionspartnern liefert weitere Hinweise auf die physiologische Funktion von FAT10.

Fachgebiet (DDC)
540 Chemie

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ISO 690BUERGER, Stefanie, 2013. The Ubiquitin-like modifier FAT10 in tolerance induction [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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July 25, 2013
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