Muhammad Haroon Shaikh

• In the initiation phase of acute graft-versus-host disease (aGvHD), CD4+ T cells are activated by hematopoietic antigen presenting cells in secondary lymphoid organs whereas in effector phase by non-hematopoietic cells in the small intestine. We hypothesized that alloreactive CD4+ T cells primarily home to the secondary lymphoid organs subsequent to allogeneic hematopoietic cell transplantation in the initiation phase of aGvHD and are activated by the non-hematopoietic lymph node stromal cells via MHC class II. To test this hypothesis, weIn the initiation phase of acute graft-versus-host disease (aGvHD), CD4+ T cells are activated by hematopoietic antigen presenting cells in secondary lymphoid organs whereas in effector phase by non-hematopoietic cells in the small intestine. We hypothesized that alloreactive CD4+ T cells primarily home to the secondary lymphoid organs subsequent to allogeneic hematopoietic cell transplantation in the initiation phase of aGvHD and are activated by the non-hematopoietic lymph node stromal cells via MHC class II. To test this hypothesis, we employed CD4+ T cell-dependent major mismatch aGvHD mouse model to study this correlation. Upon analyzing the early events following allo-HCT with bioluminescence imaging, flow cytometry and whole-mount light sheet fluorescence microscopy, we found that allogeneic T cells exclusively home to the spleen, lymph nodes and the Peyer’s patches and not to the intestinal lamina propria in the initiation phase of aGvHD. Utilizing mice devoid of partial or complete hematopoietic antigen presentation we could show allogeneic CD4+ T cells activation in the lymphoid organs of MHCIIΔCD11c and MHCIIΔ BM chimeric mice early after allo-HCT. MHCIIΔ BM chimeras failure of thymic negative selection and developing tissue wasting disease upon syn-HCT deemed them unsuitable to study non-hematopoietic antigen presentation in aGvHD. To overcome this challenge, we generated MHCIIΔVav1 mice that lack MHC class II expression on all hematopoietic cells. MHCIIΔVav1 mice were susceptible to aGvHD and LNSCs from these animals activated allogeneic CD4+ T cells in mixed lymphocyte reaction. Likewise, mesenteric lymph nodes from CD11c.DTR mice surgically transplanted into a MHCIIΔ mouse could activate CD4+ T cells in vivo, clearly demonstrating LNSCs as non-hematopoietic APCs of the lymphoid organs. We specifically target lymph node stromal cell subsets via the Cre/loxP system, we employed single cell RNA sequencing and selected Ccl19 and VE-Cadherin to specifically target the fibroblastic reticular cells and endothelial cells of the lymph nodes respectively. In MHCIIΔCcl19 mice, alloreactive CD4+ T cells activation was discreetly reduced in the initiation phase of aGvHD whereas absence of MHCII on fibroblastic reticular cells resulted in hyper-activation of allogeneic CD4+ T cells leading to poor survival. This phenotype was modulated by the regulatory T cells that were able to rescue H2-Ab1fl mice but not the MHCIIΔCcl19 subsequent to GvHD. Knock-out of MHCII on endothelial cells MHCIIΔVE Cadherin, resulted only in modest reduction of CD4+ T cells activation in the initiation phase of GvHD, conversely MHCIIΔVE Cadherin mice showed a protective phenotype compared against littermates H2-Ab1fl mice in long-term survival. Furthermore, to pin-point endothelial cells MHCII antigen presentation we generated MHCIIΔVE Cadherin ΔVav1 animals devoid of antigen presentation in both endothelial and hematopoietic compartments. LNSCs from MHCIIΔVE Cadherin ΔVav1 were unable to activate alloreactive CD4+ T cells in mixed lymphocyte reaction. Altogether, we demonstrate for the first time that MHC class II on the lymph node stromal cells plays a crucial role in the modulation of allogeneic CD4+ T cells in the initiation and later in the effector phase of graft-versus-host-disease.…
• In der Initiationsphase der akuten Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD) werden CD4+ T-Zellen in den lymphatischen Organen durch hämatopoietische Antigen-präsentierende Zellen aktiviert. Im Gegensatz dazu, werden in der Effektorphase CD4+ T-Zellen von nicht-hämatopoetischen Zellen im Dünndarm aktiviert. Wir stellten die Hypothese auf, dass alloreaktive CD4+ T-Zellen nach allogener hämatopoetischer Zelltransplantation, welche in der Initiationsphase der aGvHD vorwiegend in die sekundären lymphatischen Organe migrieren, dort durchIn der Initiationsphase der akuten Graft-versus-Host Erkrankung (GvHD) werden CD4+ T-Zellen in den lymphatischen Organen durch hämatopoietische Antigen-präsentierende Zellen aktiviert. Im Gegensatz dazu, werden in der Effektorphase CD4+ T-Zellen von nicht-hämatopoetischen Zellen im Dünndarm aktiviert. Wir stellten die Hypothese auf, dass alloreaktive CD4+ T-Zellen nach allogener hämatopoetischer Zelltransplantation, welche in der Initiationsphase der aGvHD vorwiegend in die sekundären lymphatischen Organe migrieren, dort durch nicht-hämatopoetische Lymphknoten-Stromazellen über die Erkennung von MHC-Klasse II aktiviert werden. Um diese Hypothese zu testen, setzten wir ein von allogenen CD4+ T-Zellen-abhängiges MHC Major Mismatch aGvHD Mausmodell ein, um diese Zusammenhänge näher zu erforschen. Mittels Biolumineszenz-Bildgebung und dreidimensionale Lichtblattmikroskopie und Durchflusszytometrie-Analysen von früheren Zeitpunkten nach einer alloHCT bzw. im Anfangsstadium der aGvHD konnten wir zeigen, dass allogene T-Zellen exklusiv in die Milz, Lymphknoten und die Peyerschen Plaques migrieren und nicht in die intestinale Lamina propria. Indem wir transgene Mauslinien verwendeten, die keine oder eine nur partielle komplette hämatopoietische Antigenpräsentation aufwiesen, konnten wir eine sehr früh auf die alloHCT folgende allogene CD4+ T-Zellaktivierung in den lymphoiden Organen von MHCIIΔCD11c and MHCIIΔ Knochenmark-Chimären nachweisen. Aufgrund des, bei den MHCIIΔ Knochenmarks-Chimären auftretenden Versagens der negativen Thymusselektion und die daraus resultierende autoreaktive Immunreaktionen nach einer syngenen HCST stellte sich heraus, dass dies ein ungeeignetes Modell für die Untersuchung der Präsentation nicht-hämatopoetischer Antigene bei GvHD ist. Um diese Herausforderung zu bewältigen, generierten wir MHCIIΔVav1 Mäuse bei denen die MHC-Klasse-II-Expression auf allen hämatopoetischen Zellen fehlt. MHCIIΔVav1 Mäuse entwickelten eine aGvHD, wobei die Lymphknoten-Stromazellen dieser Tiere allogene CD4+ T-Zellen in gemischten Lymphozytenreaktionen aktivieren konnten. Ebenso konnten mesenteriale Lymphknoten von CD11c.DTR-Mäusen, die zuvor in eine MHCIIΔ Maus transplantiert wurden, CD4+ T-Zellen in vivo aktivieren, wodurch die Lymphknoten-Stromazellen eindeutig als nicht-hämatopoetische Antigen-präsentierende Zellen der lymphoiden Organe nachgewiesen werden konnten. Über das Cre/loxP-System konnten wir Knockout-Mäuse mit fehlender MHCII-Expression in Subpopulationen von Lymphknoten-Stromazellen generieren und verwendeten dann Einzelzell-RNA-Sequenzierung. Hier wählten wir Ccl19 und VE-Cadherin aus, um unsere Analyse spezifisch auf die fibroblastischen retikulären Zellen bzw. Endothelzellen der Lymphknoten zu konzentrieren. Bei MHCIIΔCcl19 Mäusen war die Aktivierung alloreaktiver CD4+ T-Zellen in der Initiationsphase der aGvHD mäßig reduziert, während das Fehlen von MHCII auf den fibroblastischen retikulären Zellen zu einer Hyperaktivierung allogener CD4+ T-Zellen führte, was wiederum eine schlechtere Überlebensrate der Mäuse zur Folge hatte. Dieser Phänotyp wurde durch regulatorische T-Zellen moduliert, die in der Lage waren, H2-Ab1fl Mäuse von den Folgen von GvHD zu retten, jedoch nicht die MHCIIΔCcl19. Ein Knock-out von MHCII auf Endothelzellen von MHCIIΔVE-Cadherin Mäusen, führte in der Initiationsphase der GvHD nur zu einer mäßig reduzierten Aktivierung von CD4+ T-Zellen. Umgekehrt zeigten MHCIIΔVE-Cadherin Mäuse im Langzeitüberleben jedoch einen protektiven Phänotyp verglichen mit wurfgeschwister H2-Ab1fl Mäusen. Um die Bedeutung der MHCII-Antigenpräsentation der Endothelzellen zu untersuchen, generierten wir außerdem MHCIIΔVE-CadherinΔVav1 Mäuse, bei welchen eine Antigenpräsentation, weder im endothelialen noch im hämatopoetischen Kompartiment möglich war. Lymphknoten-Stromazellen von MHCIIΔVE-CadherinΔVav1 Mäusen waren nicht in der Lage, alloreaktive CD4+ T-Zellen in einer gemischten Lymphozytenreaktion zu aktivieren. Insgesamt konnten wir zum ersten Mal beweisen, dass die MHC-Klassse II auf den Lymphknoten-Stromazellen eine entscheidende Rolle bei der Modulation allogener CD4+ T-Zellen in der Initiations- und schließlich in der Effektorphase der Graft-versus-Host-Disease spielt.…