The neonatal liver as a tolerogenic T cell hub: mechanisms and long-term effects

Stange, Eva-Lena; Hornef, Mathias Walter; Pradel, Gabriele

doi:HT031479991

The neonatal liver as a tolerogenic T cell hub: mechanisms and long-term effects

Stange, Eva-Lena^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Eva-Lena Stange, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Hornef, Mathias Walter (Thesis advisor)^RWTH* ; Pradel, Gabriele (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-04-20

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-05154
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1035863/files/1035863.pdf

Einrichtungen

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
early life (frei) ; immune maturation (frei) ; liver T cells (frei) ; neonatal liver (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die Neugeborenenphase ist ein kritisches Zeitfenster für Priming, Differenzierung und funktionelle Kontrolle von T-Zellen im Darm und anderen Barriereorganen. Die Leber stellt gleichzeitig eine Barriere, aber auch einen immunologischen Knotenpunkt zwischen mikrobiellen Stimuli aus dem Darm und systemischer Immunhomöostase dar. Allerdings ist bisher unklar, wann und wie die Immunzellhomöostase in der neugeborenen Leber nach der Geburt etabliert wird. In diesem Projekt wurden mithilfe neugeborener Mausmodelle die Dynamiken konventioneller (Tconv) und regulatorischer (Treg) CD4 T-Zellen, ihre Funktion und ihre zellulären und molekularen Regulationsmechanismen untersucht. Außerdem wurden die Persistenz neugeborener CD4 T-Zellen im erwachsenen Tier und die Langzeiteffekte von Störungen der T-Zell-Dynamiken in der Neugeborenenphase auf die immunologische und metabolische Leberhomöostase untersucht. \\ Durchflusszytometrie und Multiplex-Immunfluoreszenzmikroskopie zeigten eine Akkumulation aktivierter Tconv und Treg in der Leber während der ersten zwei Wochen nach Geburt, die in enger räumlicher Nähe mit dendritischen Zellen Mikrocluster bildeten. Adoptiver Transfer naiver T-Zellen und deren anschließende Aktivierung zeigte weiterhin, dass die neugeborene Leber die T-Zellantwort im Vergleich zur adulten Leber verzögert. Einzelzelltranskriptomanalysen zeigten, dass sowohl Tconv als auch Treg bereits sieben Tage nach Geburt klonal expandiert als auch aktiviert waren: Tconv nahmen in der neugeborenen Leber einen tolerisierten Phänotyp an, während Treg immunsuppressive Effektormerkmale zeigten. Geteilte T-Zellklone zwischen Tconv und Treg deuteten überdies auf die Differenzierung peripher induzierter Treg in der neugeborenen Leber aus aktivierten Tconv hin. Die Depletion von Treg in einem transgenen Mausmodell zeigte, dass Treg unverzichtbare Mediatoren dieses tolerogenen Tconv-Phänotyps in der neugeborenen Leber sind. Während Tconv in der neugeborenen Leber eine Immunantwort gegenüber mikrobiellen Stimuli zeigten, hatten mikrobielle Stimuli überraschenderweise keine Auswirkung auf Treg. Stattdessen konnten Experimente mit konditionellen Knock-Out Mauslinien zeigen, dass Treg stattdessen über Major Histocompatibility complex II (MHCII)-vermittelte Interaktionen mit dendritschen Zellen reguliert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass Treg und Tconv in der neugeborenen Leber über unterschiedliche Wege reguliert werden. Außerdem zeigte die zeitlich induzierbare Markierung von CD4 T-Zellen in neugeborenen Mäusen, dass die Treg-Population in der adulten Leber im Vergleich zu anderen Organen mit Tregs aus Neugeborenenphase angereichert ist. Eine Störung der neugeborenen T-Zelldynamik durch vorübergehende Depletion von Treg in der ersten Woche nach Geburt führte zu einer höheren Prädisposition von männlichen Mäusen in Form von höherer Gewichtszunahme und gestörten T-Zellantworten in einem Modell ernährungsinduzierter Steatohepatitis. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die neugeborene Leber ein Knotenpunkt für Immunregulation in Neugeborenen ist, in dem T-Zelltoleranz in aktivierten Tconv unter dem Schutz einer entwicklungsbiologisch regulierten Treg-Welle induziert wird. Dies könnte nicht nur notwendig für die Toleranzinduktion gegenüber mikrobiellen Antigenen, sondern auch gegenüber Nahrungs- oder Selbst-Antigenen sein und so einen wichtigen Langzeiteinfluss auf die metabolische und immunologische Homöostase nehmen.

The neonatal period provides a critical time window for priming, differentiation and functional control of T cells in the gut and at other barrier sites. The liver serves as an immunological gatekeeper linking gut-derived microbial signals and barrier immunity to systemic immune homeostasis. However, little is known about the timing and nature of postnatal establishment of hepatic T cell homeostasis and the influence of microbial signals on this process. In this study, neonatal mice were used to investigate dynamics of conventional (Tconv) and regulatory (Treg) CD4 T cells as well as their cellular and molecular regulation in the postnatal liver. Further, long-term persistence of neonatal CD4 T cells and their impact on hepatic immune and metabolic homeostasis were queried. Flow cytometry and multiplex immunofluorescence microscopy revealed an accumulation of Tconvs as well as Tregs in the liver during the first two weeks after birth, co-localising in microclusters with dendritic cells. However, adoptive transfer experiments showed a delayed response of naive T cells to cognate antigen, suggesting an immunosuppressive environment in the liver during this period. Tregs were critical mediators of the suppression of effector T cell response in the neonatal liver. Single cell transcriptomics of liver immune cells across developmental stages and microbial exposure conditions revealed clonally expanded, differentiating Tconv and Treg populations within the liver as early as seven days after birth. Shared clonotypes between Tconvs and Tregs indicated \textit{in situ} induction of peripheral Tregs in neonatal liver. Microbial exposure modulated neonatal hepatic Tconv activation and numbers, whereas Tregs were regulated by major histocompatibility complex II (MHCII)-dependent interaction with conventional dendritic cells in the neonatal liver. This highlights separate regulatory pathways for these two hepatic CD4 T cell compartments during the postnatal period. Additionally, time-stamping of CD4 T cells revealed liver-specific retention of neonatally-derived Tregs until adulthood. Perturbation of Treg dynamics by transient depletion in early life led to aberrant T cell responses within a mouse model of diet-induced steatohepatitis. In summary, the findings illustrate that the neonatal liver functions as an immunoregulatory T cell hub in early life, promoting T cell tolerance through microbial activation of Tconvs during a developmentally timed Treg wave. This early-life hepatic T cell dynamic might be essential for tolerance to microbial, dietary and self antigens with implications for long-term liver immunity and metabolic health.

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