Institut für Virologie und Immunbiologie
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The development of two conventional dendritic cells (DC) subsets (cDC1 and cDC2) and the plasmacytoid DC (pDC) in vivo and in cultures of bone marrow (BM) cells is mediated by the growth factor Flt3L. However, little is known about the factors that direct the development of the individual DC subsets. Here, we describe the selective in vitro generation of murine ESAM\(^{low}\) CD103\(^{-}\) XCR1\(^{-}\) CD172a\(^{+}\) CD11b\(^{+}\) cDC2 from BM by treatment with a combination of Flt3L, LIF, and IL‐10 (collectively named as FL10). FL10 promotes common dendritic cell progenitors (CDP) proliferation in the cultures, similar to Flt3L and CDP sorted and cultured in FL10 generate exclusively cDC2. These cDC2 express the transcription factors Irf4, Klf4, and Notch2, and their growth is reduced using BM from Irf4\(^{-/-}\) mice, but the expression of Batf3 and Tcf4 is low. Functionally they respond to TLR3, TLR4, and TLR9 signals by upregulation of the surface maturation markers MHC II, CD80, CD86, and CD40, while they poorly secrete proinflammatory cytokines. Peptide presentation to TCR transgenic OT‐II cells induced proliferation and IFN‐γ production that was similar to GM‐CSF‐generated BM‐DC and higher than Flt3L‐generated DC. Together, our data support that FL10 culture of BM cells selectively promotes CDP‐derived ESAM\(^{low}\) cDC2 (cDC2B) development and survival in vitro.
Dendritic cells (DCs) and macrophages (Mph) share many characteristics as components of the innate immune system. The criteria to classify the multitude of subsets within the mononuclear phagocyte system are currently phenotype, ontogeny, transcription patterns, epigenetic adaptations, and function. More recently, ontogenetic, transcriptional, and proteomic research approaches uncovered major developmental differences between Flt3L-dependent conventional DCs as compared with Mphs and monocyte-derived DCs (MoDCs), the latter mainly generated in vitro from murine bone marrow-derived DCs (BM-DCs) or human CD14\(^{+}\) peripheral blood monocytes. Conversely, in vitro GM-CSF-dependent monocyte-derived Mphs largely resemble MoDCs whereas tissue-resident Mphs show a common embryonic origin from yolk sac and fetal liver with Langerhans cells (LCs). The novel ontogenetic findings opened discussions on the terminology of DCs versus Mphs. Here, we bring forward arguments to facilitate definitions of BM-DCs, MoDCs, and LCs. We propose a group model of terminology for all DC subsets that attempts to encompass both ontogeny and function.
Thymus-derived natural Foxp3\(^{+}\) CD4\(^{+}\) regulatory T cells (nTregs) play a key role in maintaining immune tolerance and preventing autoimmune disease. Several studies indicate that dendritic cells (DCs) are critically involved in the maintenance and proliferation of nTregs. However, the mechanisms how DCs manage to keep the peripheral pool at constant levels remain poorly understood. Here, we describe that the NF-κB/Rel family transcription factor RelB controls the frequencies of steady-state migratory DCs (ssmDCs) in peripheral lymph nodes and their numbers control peripheral nTreg homeostasis. DC-specific RelB depletion was investigated in CD11c-Cre × RelB\(^{fl/fl}\) mice (RelB\(^{DCko}\)), which showed normal frequencies of resident DCs in lymph nodes and spleen while the subsets of CD103\(^{-}\) Langerin\(^{-}\) dermal DCs (dDCs) and Langerhans cells but not CD103\(^{+}\) Langerin\(^{+}\) dDC of the ssmDCs in skin-draining lymph nodes were increased. Enhanced frequencies and proliferation rates were also observed for nTregs and a small population of CD4\(^{+}\) CD44\(^{high}\) CD25\(^{low}\) memory-like T cells (Tml). Interestingly, only the Tml but not DCs showed an increase in IL-2-producing capacity in lymph nodes of RelB\(^{DCko}\) mice. Blocking of IL-2 in vivo reduced the frequency of nTregs but increased the Tml frequencies, followed by a recovery of nTregs. Taken together, by employing RelB\(^{DCko}\) mice with increased frequencies of ssmDCs our data indicate a critical role for specific ssmDC subsets for the peripheral nTreg and IL-2\(^{+}\) Tml frequencies during homeostasis.
Innate and adaptive immune responses in neurodegenerative diseases have become recently a focus of research and discussions. Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder without known etiopathogenesis. The past decade has generated evidence for an involvement of the immune system in PD pathogenesis. Both inflammatory and autoimmune mechanisms have been recognized and studies have emphasized the role of activated microglia and T-cell infiltration. In this short review, we focus on dendritic cells, on their role in initiation of autoimmune responses, we discuss aspects of neuroinflammation and autoimmunity in PD, and we report new evidence for the involvement of neuromelanin in these processes.
The human intestinal parasite Schistosoma mansoni causes a chronic disease, schistosomiasis or bilharzia. According to the current literature, the parasite induces vigorous immune responses that are controlled by Th2 helper cells at the expense of Th1 helper cells. The latter cell type is, however, indispensable for anti-viral immune responses. Remarkably, there is no reliable literature among 230 million patients worldwide describing defective anti-viral immune responses in the upper respiratory tract, for instance against influenza A virus or against respiratory syncitial virus (RSV). We therefore re-examined the immune response to a human isolate of S. mansoni and challenged mice in the chronic phase of schistosomiasis with influenza A virus, or with pneumonia virus of mice (PVM), a mouse virus to model RSV infections. We found that mice with chronic schistosomiasis had significant, systemic immune responses induced by Th1, Th2, and Th17 helper cells. High serum levels of TNF-alpha, IFN-gamma, IL-5, IL-13, IL-2, IL-17, and GM-CSF were found after mating and oviposition. The lungs of diseased mice showed low-grade inflammation, with goblet cell hyperplasia and excessive mucus secretion, which was alleviated by treatment with an anti-TNF-alpha agent (Etanercept). Mice with chronic schistosomiasis were to a relative, but significant extent protected from a secondary viral respiratory challenge. The protection correlated with the onset of oviposition and TNF-alpha-mediated goblet cell hyperplasia and mucus secretion, suggesting that these mechanisms are involved in enhanced immune protection to respiratory viruses during chronic murine schistosomiasis. Indeed, also in a model of allergic airway inflammation mice were protected from a viral respiratory challenge with PVM.
Dendritic cells (DCs) are major players in the control of adaptive tolerance and immunity. Therefore, their specific generation and adoptive transfer into patients or their in vivo targeting is attractive for clinical applications. While injections of mature immunogenic DCs are tested in clinical trials, tolerogenic DCs still are awaiting this step. Besides the tolerogenic potential of immature DCs, also semi-mature DCs can show tolerogenic activity but both types also bear unfavorable features. Optimal tolerogenic DCs, their molecular tool bar, and their use for specific diseases still have to be defined. Here, the usefulness of in vitro generated and adoptively transferred semi-mature DCs for tolerance induction is outlined. The in vivo targeting of semi-mature DCs as represented by steady state migratory DCs are discussed for treatment of autoimmune diseases and allergies. First clinical trials with transcutaneous allergen application may point to their therapeutic use in the future.
Hintergrund: Das Absterben Neuromelanin (NM)-haltiger Zellen in der substantia nigra (SN), und die daraus resultierende Erniedrigung des Dopaminspiegels im striatum, ist ein pathologisches Hauptmerkmal der Parkinsonschen Krankheit. Ein neuerlicher Nachweis von Anti-Melanin-Antikörpern gibt Anlass zur Vermutung, dass NM ein Autoantigen sein könnte. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass NM tatsächlich von dendritischen Zellen (DZ), die in vivo hauptverantwortlich für die Auslösung von T- und B-Zellantworten sind, erkannt wird. Die Erkennung von NM durch DZ ist eine unabdingbare Voraussetzung für die Einleitung einer adaptiven Immunantwort. Methoden: Murine dendritische Zellen (mDZ) wurden aus Knochenmarkszellen generiert und mit NM aus humaner SN oder synthetischem Dopaminmelanin (DAM) behandelt, nachdem beide Melanine endotoxinfrei getestet wurden. Die Phagozytose von NM wurde mittels konfokaler Mikroskopie dokumentiert. Die Expression von MHC II und CD86 wurde mittels Durchflusszytometrie (FACS) analysiert. Zytokinkonzentrationen von TNF- und dem Interleukin IL-6 wurden mit ELISA-Assays bestimmt. Abschließend wurde die Funktion der durch NM aktivierten DZ mit einer allogenen mixed lymphocyte reaction (MLR) überprüft. Ergebnisse: NM wurde von den mDZ effektiv phagozytiert, woraufhin die mDZ einen reifen Phenotyp (CD86high/MHC IIhigh) zeigten. Zusätzlich sekretierten durch NM aktivierte mDZ die Zytokine IL-6 and TNF-. Schließlich ließen die mDZ T-Zellen in einer MLR proliferieren, und beweisen so ihre Funktionalität und die Fähigkeit eine primäre T-Zellantwort auszulösen. Im Gegenteil dazu konnte DAM, dem die Protein- und Lipidkomponenten von NM fehlen und nur das Melaninrückrat mit NM gemeinsam hat, nur einen kleinen Effekt bei den mDZ hervorrufen. Diskussion: NM wird von DZ in vitro erkannt und bewirkt deren Reifung. Sollte der Vorgang auch in vivo stattfinden, besteht die Möglichkeit, dass SN-Antigene dem adaptiven Immunsystem präsentiert werden, was in einzelnen Fällen zur Einleitung einer adaptiven Immunantwort führen könnte. NM könnte also der Auslöser für einen autoimmunen Pathomechanismus in der parkinsonschen Krankheit sein.
Dendritische Zellen (DCs) sind Antigen-präsentierende Zellen, die Pathogene erkennen und nach erfolgreicher Reifung spezifische adaptive Immunität induzieren. Die Infektion unreifer DCs durch Masernviren (MV) erfolgt CD150-abhängig und DC-SIGN-unterstützt. Infizierte DCs vermitteln wahrscheinlich den MV-Transport vom Respirationstrakt in sekundäre lym-phatische Gewebe, wo die MV-spezifische Immunität und die generalisierte Immunsuppressi-on initiiert werden sowie die MV-Transmission an T-Zellen stattfinden kann, die wesentlich für die Dissemination des Virus ist. Die MV-Infektion von iDCs initiierte deren Ausreifung begleitet von der moderaten Hochre-gulierung der CD150-Oberflächenexpression. Die Akkumulation viraler Proteine als auch die Freisetzung viraler Partikel waren in DCs im Vergleich zu Virus-produzierenden B-Zelllinie B95a beeinträchtigt. Diese Arbeit verglich die subzelluläre Verteilung der viralen Proteine in DCs und B95a-Zellen. In DC wiesen Matrix (M)-Proteine eine prominente Assoziation mit den Komponenten des Ribonukleoprotein (RNP)-Komplexes auf. Die ausgeprägte Relokali-sierung des Tetraspanins CD81 zu Phospho (P)-Protein-Kompartimenten und die Inhibition der räumliche Interaktion der untersuchten Tetraspanine waren spezifisch für B95a-Zellen. Weder in B95a-Zellen noch für DC konnte für MV ein virus-containing compartment (VCC) detektiert werden, das für HIV-1 zuvor beschrieben wurde. Um den zellulären Transport des M-Proteins in infizierten, lebenden DCs untersuchen zu können, wurde das Protein carboxyterminal mit dem Tetracystein (TC)-Tag fusioniert. Das M-TC Fusionsprotein zeigte alle untersuchten biologischen Eigenschaften des Wildtyp-Proteins bezüglich seiner subzellulären Verteilung, der Assoziation mit DRMs sowie der Generierung und Freisetzung von virus-like particles (VPLs). Innerhalb des Viruskontextes interferierte der TC-Tag allerdings stark mit der Virusreplikation bzw. Freisetzung. Durch die Verminderung der Partikelproduktion in DCs wird eine spezielle MV-Transmissionsstruktur für die effiziente Übertragung an T-Zellen benötigt. Die MV-Transmission an autologe T-Zellen basierte vorwiegend auf Infektion von DCs (cis-Infektion) und weniger auf DC-SIGN-gebundenen Virus (trans-Infektion). Die Interaktion zwischen dem MV-Glykoprotein H mit seinem Rezeptor CD150 war wichtig für die Transmission. Die Transmission von MV erfolgte hauptsächlich durch die Bildung von Kontaktflächen, entspre-chend den beschriebenen virologischen Synapsen, wo virale Proteine akkumulierten und CD150 aktinabhängig rekrutiert wurde, und seltener über aktinreiche Filopodien. Die HIV-VS Markerproteine ICAM-1, aktiviertes LFA-1, CD81, DC-SIGN und der phosphorylierte Ezrin / Radixin / Moesin (ERM)-Proteinkomplex polarisierten zur MV-VS. Moesin und der Substanz P Rezeptor (SPR), die Prozesse des MV-Eintritts oder der Aufnahme unterstützen, akkumulierten ebenfalls in den Transmissionsstrukturen. Zusammengefasst zeigte diese Arbeit, dass die gebildete Plattform für MV-Transmission (MV-VS) wichtige Gemeinsamkeiten mit der HIV-VS teilt. In der MV-VS akkumulierten Proteine, die Aktindynamiken regulieren, die die Konjugatstabilität verstärken und die die Membranfusion unterstützen, die einen effizienten Eintritt des MV in T-Zellen ermöglichen.
Investigations of Measles virus regulation on activation and function of antigen presenting cells
(2008)
Interaction with dendritic cells (DCs) is considered as central to immunosuppression induced by viruses, including measles virus (MV). Commonly, viral infection of DCs abrogates their ability to promote T cell expansion, yet underlying mechanisms at a cellular level are undefined. It appears that MV-WTF infection modulate DCs morphology and dynamic adhesion on extra cellular matrix proteins such as FN or ICAM-1. By morphological criteria, WTF-DCs resembled LPS-DCs, associated with their mature phenotype also adhered less efficiently to the FN or ICAM-1 support. Reduced adhesion could not be explained by a lack of 1-integrin expression or activation. Similarly, MV-DCs strongly resembled LPS-DCs in that levels of focal adhesion kinase phosphorylated at Y397 were high and not further enhanced upon FN ligation. Fascin, a downstream effector of integrin signaling was highly upregulated in LPS-DCs and moderately in WTF-DCs, and differences in its subcellular distribution were not observed between both cell cultures. Apparently, however, fascin associated less efficiently with PKC in WTF-DCs then in LPS-DCs. In line with findings for murine DCs, high motility of mature human DCs was found to require expression of Rac-GTPases. Human LPS-DCs and more so, DC transfected to express constitutively active Rac1 were the most motile DC-species analysed, confirming that migration of human DC also involved Rac activity. The velocity of WTF-DCs on FN is below that of LPS-DCs, indicating that maturation induced by WTF may be insufficient to completely promote integrin signaling which leads to Rac activation. The organisation of MV-DC/T cell interfaces was consistent with that of functional immune synapses with regard to CD3 clustering, MHC class II surface recruitment and MTOC location. These analyses are based in the selection of stable conjugates. Subsequently, however, neither contacts nor calcium flux can be stabilised and sustained in the majority of MV-DC/T cell conjugates and only promoted abortive T cell activation. Formation of spatially organised IS in T cells requites, prolonged contact durations. Therefore, aberrant distribution patterns of CD3 in these structures, if occurring, are not likely to contribute to the type of contacts predominating for WTF-DC/T cell interactions. It is also likely that transient interactions of less than 2 minutes may if at all, not efficiently support viral transmission to T cells. Transient interactions are typically observed with immature DCs in the absence of antigen, but this is not likely to be relevant in our allogenic system, which includes SA-loaded WTF-DCs. Thus, MV-infected DCs retain activities required for initiating, but not sustaining T cell conjugation and activation. This is partially rescued if surface expression of the MV glycoproteins on DCs is abolished by infection with a recombinant MV encoding VSV G protein instead, indicating that these contribute directly to synapse destabilisation and thereby act as effectors of T cell inhibition.
Die Morphogenese von Viruspartikeln und deren Freisetzung aus infizierten Zellen sind späte Schritte im viralen Lebenszyklus. Matrix-Proteine (M) negativsträngiger RNA-Viren und Retroviren, bei denen es sich um periphere Membran-assoziierte Proteine handelt, spielen für diese Prozesse eine besonders wichtige Rolle. Im Verlauf der Masernvirus (MV)-Infektion interagiert das M-Protein mit dem viralen Nukleoproteinkomplex im Innern der Viruspartikel einerseits und mit den viralen Glykoproteinen auf der Oberfläche andererseits. Die Bedeutung des MV M-Proteins für die Partikelproduktion und sein intrazellulärer Transport wurden bislang wenig untersucht. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das MV M-Protein in höhermolekularen Komplexe oligomerisiert und transient mono-ubiquitiniert vorliegt. Beide biochemischen Eigenschaften des M-Proteins sind wahrscheinlich für die Partikelentstehung von Bedeutung, wie durch Studien an M-Protein-Orthologen anderer Viren bereits belegt wurde. Das MV M-Protein assoziierte mit Membranen und speziellen Membranmikrodomänen, sogenannten Detergenz-resistenten Membranfraktionen (DRMs), und vermittelte nach transienter Expression in Fibroblasten die Produktion Virus-ähnlicher Partikel (virus-like particles, VLPs). Es ist beschrieben, dass umhüllte Viren präferenziell aus DRMs freigesetzt werden. Die Koexpression des MV-Glykoproteins F erhöhte den Anteil mit DRM-assoziierten M-Proteins um ein Vierfaches, steigerte jedoch, wie auch das H-Protein, die Effizienz der VLP-Freisetzung nicht. Überraschenderweise waren beide jedoch selbst in der Lage VLPs zu induzieren. Die Effizienz der VLP-Produktion war gering und entsprach der der Viruspartikelfreisetzung. Dendritische Zellen (DCs) sind für MV semipermissiv. Obwohl alle viralen Proteine synthetisiert werden, wird kein infektiöses Virus freigesetzt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die intrazelluläre Lokalisation der M-, H- und N-Proteine dramatisch von der in der produktiv infizierbaren Fibroblastenzelllinie HeLa abweicht. Während in infizierten HeLa-Zellen das M-Protein mit Lamp-1-positiven späten Endosomen kolokalisierte, akkumulierten in DCs alle untersuchten viralen Proteine in einem spät endosomalen Kompartiment, das das Tetraspanin CD81, aber nicht Lamp-1, enthielt und möglicherweise an der MHC-Klasse-II-abhängigen Antigenpräsentation beteiligt ist.