Targeting the microtubules to improve the searching efficiency of cytotoxic T lymphocytes in 3D environments

Abstract

Cell migration is essential for cytotoxic T lymphocytes (CTLs) to effectively search and kill target cells in three-dimensional (3D) environments. Impaired migration of CTLs reduces immune response efficacy and is a challenge for current cell therapies. In fast-moving lymphocytes like CTLs, microtubules (MT) are concentrated and organized behind the nucleus in a microtubule-organizing center (MTOC). The exact role of the MTOC and the MT network during CTLs migration is not fully understood. Disruption of MT stability has been shown to enhance CTLs migration, though the mechanism remains unclear. In this study, we used Pretubulysin, a microtubule depolymerizer, to disrupt the MT network in CTLs. This treatment improved CTLs infiltration and killing efficiency in 3D by enhancing their migratory capabilities. As the mechanism underlaying such enhanced efficiency, we propose localized actomyosin accumulation at the cell's uropod, which alters cell mechanics and morphology, leading to faster and more persistent migration. Additionally, we observed MT dynamics and MTOC positioning during CTLs migration in constricted environments. We found that confinement of the cells forces a polarization status that dictates faster and more persistent migration, linked to less freedom of the MTOC to rotate around the nucleus. Taken together, our findings underscore the role of MTs in regulating CTLs migration and suggest that MT-targeting agents like Pretubulysin could improve CTLs-mediated killing, offering potential for new immunotherapeutic strategies.

Die Zellmigration ist für zytotoxische T-Lymphozyten (CTLs) von entscheidender Bedeutung, damit sie in dreidimensionalen Umgebungen (3D) effektiv nach Zielzellen suchen und diese abtöten können. Eine gestörte Migration von CTLs verringert die Wirksamkeit der Immunantwort und stellt eine Herausforderung für aktuelle Zelltherapien dar. In sich schnell bewegenden Lymphozyten wie CTLs sind die Mikrotubuli (MT) hinter dem Zellkern in einem Mikrotubuli-Organisationszentrum (MTOC) konzentriert und organisiert. Die genaue Rolle des MTOC und des MT-Netzwerks bei der Migration von CTLs ist noch nicht vollständig geklärt. Es hat sich gezeigt, dass eine Störung der MT-Stabilität die Migration von CTLs fördert, obwohl der Mechanismus noch unklar ist. In dieser Studie haben wir Pretubulysin, einen Mikrotubuli-Depolymerisator, verwendet, um das MT-Netzwerk in CTLs zu unterbrechen. Diese Behandlung verbesserte die Infiltrations- und Tötungseffizienz von CTLs in 3D, indem sie ihre Migrationsfähigkeit erhöhte. Als Mechanismus, der dieser verbesserten Effizienz zugrunde liegt, schlagen wir eine lokale Anhäufung von Aktomyosin am Uropod der Zelle vor, die die Zellmechanik und -morphologie verändert und zu einer schnelleren und nachhaltigeren Migration führt. Darüber hinaus haben wir die MT-Dynamik und die MTOC-Positionierung während der Migration von CTLs in eingeschränkten Umgebungen beobachtet. Wir fanden heraus, dass die Enge der Zellen einen Polarisationsstatus erzwingt, der eine schnellere und anhaltendere Migration bedingt, die mit einer geringeren Freiheit des MTOC zur Rotation um den Zellkern verbunden ist. Insgesamt unterstreichen unsere Ergebnisse die Rolle der MTs bei der Regulierung der Migration von CTLs und legen nahe, dass MT-gerichtete Wirkstoffe wie Pretubulysin die CTLs-vermittelte Abtötung verbessern könnten, was Potenzial für neue immuntherapeutische Strategien bietet.