title: Characterization of NK cells in mucosal immunity
Creators: name: Schaden, Julia
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Die Schleimhaut der Atemwege und des Magen-Darm-Trakts ist kontinuierlich einer Vielzahl von Antigenen ausgesetzt, von denen einige Krankheiten verursachen können. Natürliche Killerzellen (NK-Zellen), wesentliche Komponenten des angeborenen Immunsystems, sind im gesamten Körper verteilt, einschließlich peripherer Gewebe wie Lunge und Darm. Diese Arbeit untersucht die verschiedenen Untergruppen von Immunzellen und ihre Funktionen in diesen Geweben, mit einem besonderen Fokus auf NK-Zellen in der menschlichen Lunge und im menschlichen Darm. In den Lungen von Organspendern identifizierten wir mittels spektraler Durchflusszytometrie zur detaillierten Immunphänotypisierung unterschiedliche Immunzellpopulationen in acht anatomischen Regionen. T-Zellen, insbesondere CD4+ T-Zellen, waren am häufigsten vertreten, was ihre potentielle Rolle in der Immunüberwachung der Lunge unterstreicht. Geweberesidente T-Gedächtniszellen (TRM) wurden in der gesamten Lunge und lungeassoziierten Geweben identifiziert, mit der höchsten Frequenz von CD4+ TRM im Parenchym des unteren rechten Lungenflügels. NK-Zellen waren in allen Lungenregionen vorhanden, wobei CD16- NK-Zellen in den Lymphknoten und dem Hauptbronchus überwogen, während CD16+ NK-Zellen häufiger in parenchymalen Bereichen vorkamen. Im Lungenparenchym machten geweberesidente NK (trNK)-Zellen 24 bis 37% der CD16- Untergruppe aus. Innerhalb der CD16- Population zweier Spender identifizierten wir auch adaptive CD16-CD49a+ NK-Zellen, die bereits zuvor von unserer Gruppe beschrieben wurden. Im Darm untersuchten wir den Phänotyp von NK-Zellen und CD8+ T-Zellen nach der Inkubation mit Darm-Organoiden, um die Interaktion zwischen Darmgewebe und NK-Zellen in einem physiologischeren Kontext in vitro zu untersuchen. Mithilfe von 29-Farben-Durchflusszytometrie charakterisierten wir die Expression von Effektormolekülen sowie die Degranulation und Zytokinproduktion von autologen Blut-NK-Zellen nach Kokultur mit menschlichen Darm-Organoiden. Eine Vergrößerung der Lymphozyten wies darauf hin, dass die Kokultur mit Ileum-Organoiden zur Aktivierung von NK- und CD8+ T-Zellen führte. Zudem konnte eine verringerte Expression von Effektormolekülen wie Granzymen und Perforin bei NK- und CD8+ T-Zellen beobachtet werden. Diese Ergebnisse unterstreichen den Einfluss der Darm-Mikroumgebung auf NK-Zellantworten und die potenziellen Auswirkungen auf Krankheiten wie chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (IBD). Insgesamt bietet diese Arbeit eine detaillierte Charakterisierung der NK-Zellen in mukosalen Geweben wie der menschlichen Lunge und dem Darm und trägt zum Verständnis der gewebespezifischen Immunregulation bei, was Einblicke für therapeutische Strategien bei Atemwegs- und Magen-Darm-Erkrankungen ermöglicht.
description: The mucosa of the respiratory and gastrointestinal tract is continuously exposed to a wide array of antigens, some of which can cause disease. Natural killer (NK) cells, crucial components of the innate immune system, are dispersed throughout the body, including peripheral tissues like the lungs and intestines. This thesis explores the different immune cell subsets and their functions in these tissues, with a focus on NK cells in the human lung and the human gut. In the human lungs, received from organ donors, we identified distinct immune cell populations across eight anatomical regions using spectral flow cytometry for detailed immunophenotyping. T cells, particularly CD4+ T cells, were the most abundant, highlighting their role in lung immunosurveillance. Tissue-resident memory T cells (TRM) were identified throughout the lung, with highest frequencies of CD4+ TRM in the lower right parenchyma. NK cells were present in all lung regions and associated tissues, with CD16- NK cells predominating in lung-lymph nodes and the primary bronchus, and CD16+ NK cells more common in parenchymal sites. In the lung parenchyma, tissue-resident NK (trNK) cells, defined by their expression of CD69, CD49a and/or CD103, constituted 24-37% of the CD16- subset. Within the CD16- population of two donors, we also identified adaptive-like CD16-CD49a+ NK cells, which have been previously described by the group. In the gut, we elucidated the phenotype of human blood NK cells and CD8+ T cells upon co-culture with patient-matched intestinal organoids generated from ileum and colon in order to investigate the interaction between intestinal tissues and NK cells in a more physiological context in vitro. Using 29-colour flow cytometry, we assessed phenotypic characteristics, including the expression of effector molecules, as well as degranulation and cytokine production by NK cells upon co-culture with intestinal organoids. As indicated by increased cell size, co-culture with ileal organoids potentially lead to NK and CD8+ T cell activation. Moreover, decreased expression of effector molecules such as granzymes and perforin could be observed within NK and CD8+ T cells, indicating that gut tissue might modulate immune cell activity. These findings highlight the importance of the intestinal microenvironment in shaping NK cell responses and potential implications for intestinal diseases such as inflammatory bowel disease (IBD). Overall, this thesis provides a detailed characterization of NK cells in mucosal tissues such as the human lung and gut, contributing to our understanding of tissue-specific immune regulation and offering insights for therapeutic strategies in respiratory and gastrointestinal diseases.