Immune synapses are large-scale, transient molecular assemblies that serve as platforms for antigen presentation to B and T cells and for target recognition by cytotoxic T cells and natural killer (NK) cells. The formation of an immune synapse is a tightly regulated, stepwise process in which the cytoskeleton, cell surface receptors, and intracellular signaling proteins rearrange into supramolecular activation clusters (SMACs). We generated artificial immune synapses (AIS) consisting of synthetic and natural ligands for the NK cell–activating receptors LFA-1 and CD16 by microcontact printing the ligands into circular-shaped SMAC structures. Live-cell imaging and analysis of fixed human NK cells in this reductionist system showed that the spatial distribution of activating ligands influenced the formation, stability, and outcome of NK cell synapses. Whereas engagement of LFA-1 alone promoted synapse initiation, combined engagement of LFA-1 and CD16 was required for the formation of mature synapses and degranulation. Organizing LFA-1 and CD16 ligands into donut-shaped AIS resulted in fewer long-lasting, symmetrical synapses compared to dot-shaped AIS. NK cells spreading evenly over either AIS shape exhibited similar arrangements of the lytic machinery. However, degranulation only occurred in regions containing ligands that therefore induced local signaling, suggesting the existence of a late checkpoint for degranulation. Our results demonstrate that the spatial organization of ligands in the synapse can affect its outcome, which could be exploited by target cells as an escape mechanism.

免疫突触是大规模的瞬时分子组装体，可作为向 B 和 T 细胞呈递抗原以及细胞毒性 T 细胞和自然杀伤 (NK) 细胞识别靶标的平台。免疫突触的形成是一个严格调节的逐步过程，其中细胞骨架、细胞表面受体和细胞内信号蛋白重新排列成超分子激活簇 (SMAC)。我们通过将配体微接触印刷成圆形 SMAC 结构，生成了由 NK 细胞激活受体 LFA-1 和 CD16 的合成和天然配体组成的人工免疫突触 (AIS)。在这个还原系统中对固定的人类 NK 细胞进行活细胞成像和分析表明，激活配体的空间分布影响 NK 细胞突触的形成、稳定性和结果。虽然单独 LFA-1 的参与促进了突触的启动，但 LFA-1 和 CD16 的联合参与是成熟突触的形成和脱粒所必需的。与点状 AIS 相比，将 LFA-1 和 CD16 配体组织成环形 AIS 会导致更少的持久对称突触。在任一 AIS 形状上均匀分布的 NK 细胞表现出类似的裂解机制排列。然而，脱粒仅发生在含有配体的区域，因此诱导局部信号传导，表明存在脱粒的晚期检查点。我们的研究结果表明，突触中配体的空间组织可以影响其结果，这可以被靶细胞用作逃逸机制。成熟突触的形成和脱粒需要 LFA-1 和 CD16 的结合参与。与点状 AIS 相比，将 LFA-1 和 CD16 配体组织成环形 AIS 会导致更少的持久对称突触。在任一 AIS 形状上均匀分布的 NK 细胞表现出类似的裂解机制排列。然而，脱粒仅发生在含有配体的区域，因此诱导局部信号传导，表明存在脱粒的晚期检查点。我们的研究结果表明，突触中配体的空间组织可以影响其结果，这可以被靶细胞用作逃逸机制。成熟突触的形成和脱粒需要 LFA-1 和 CD16 的结合参与。与点状 AIS 相比，将 LFA-1 和 CD16 配体组织成环形 AIS 会导致更少的持久对称突触。在任一 AIS 形状上均匀分布的 NK 细胞表现出类似的裂解机制排列。然而，脱粒仅发生在含有配体的区域，因此诱导局部信号传导，表明存在脱粒的晚期检查点。我们的研究结果表明，突触中配体的空间组织可以影响其结果，这可以被靶细胞用作逃逸机制。与点状 AIS 相比，对称突触。在任一 AIS 形状上均匀分布的 NK 细胞表现出类似的裂解机制排列。然而，脱粒仅发生在含有配体的区域，因此诱导局部信号传导，表明存在脱粒的晚期检查点。我们的研究结果表明，突触中配体的空间组织可以影响其结果，这可以被靶细胞用作逃逸机制。与点状 AIS 相比，对称突触。在任一 AIS 形状上均匀分布的 NK 细胞表现出类似的裂解机制排列。然而，脱粒仅发生在含有配体的区域，因此诱导局部信号传导，表明存在脱粒的晚期检查点。我们的研究结果表明，突触中配体的空间组织可以影响其结果，这可以被靶细胞用作逃逸机制。