Universität zu Köln

Identification and functional characterization of mPDCA-1 as a novel antigen-uptake receptor on murine plasmacytoid dendritic cells enabling (cross-) priming of naïve CD4+ and CD8+ T cells.

Fischer, Jens A. A. (2008) Identification and functional characterization of mPDCA-1 as a novel antigen-uptake receptor on murine plasmacytoid dendritic cells enabling (cross-) priming of naïve CD4+ and CD8+ T cells. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Plasmacytoid dendritic cells (PDCs) represent a distinct subset of dendritic cells in humans and mice and are the major type I interferon (IFN) producers upon microbial challenge, linking innate and adaptive immune responses. Although there is growing evidence of their contribution in autoimmune disorders and cancer as well as tolerance induction, less is known about their exact function. In particular their role as antigen-presenting cells in the induction of T cell responses is controversially discussed. The functional characterization of murine PDCs was further hampered by the lack of a specific cell surface receptor. PDCs were identified by the co-expression of B220, Ly-6C, and CD11c. In the present study, a panel of monoclonal antibodies (mAb) was generated, all recognizing a cell surface antigen, specifically expressed on PDCs in naïve mice, which was termed mPDCA-1. Differential gene expression analysis identified the bone marrow stromal antigen 2 (BST2) as the molecule recognized by the anti-mPDCA-1 mAbs. Triggering mPDCA-1 inhibited TLR-induced IFN-I production in PDCs. Cross-linkage of the receptor via anti-mPDCA-1 mAbs resulted in calcium mobilization and overall protein-tyrosine phosphorylation. Cross-linking of mPDCA-1 also resulted in rapid and efficient internalization of the antibody-receptor complex in vitro and in vivo. The potential function of mPDCA-1 as antigen-uptake receptor on PDCs was investigated. Since the administration of the complete anti-mPDCA-1 mAb resulted in Fc-mediated or ADCC-dependent depletion of PDCs in vivo, Ovalbumin protein was covalently conjugated to a non-depleting anti-PDCA-1-F(ab�)2 fragment, which specifically targeted PDCs in vitro and in vivo. Antigen delivered via mPDCA-1 was internalized and processed for MHC class I and II presentation and PDCs were shown to efficiently prime naïve CD4+ and CD8+ T cells in vitro. To elicit both priming and cross-priming of antigen-specific T cells, activation of PDCs was essential, coinciding with the upregulation of co-stimulatory and MHC molecules. An additional stimulus also seemed to activate the antigen processing and presentation machinery. Finally, a heterogeneous expression of the stem cell antigen 1 (Sca-1) was observed on PDCs from different lymphoid organs. Sca-1- PDCs appeared earlier in the development, showed a higher IFNα production, and upregulated Sca-1 upon activation. In summary, mPDCA-1 is a specific marker for the identification of PDCs. PDCs link innate and adaptive immunity by direct interaction with naïve T cells. The insights presented in this work might have further implications for novel PDC-based therapeutical studies, including treatment of autoimmune diseases, e.g. SLE, or anti-tumor therapies.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Plasmazytoide Dendritische Zellen (PDCs) repräsentieren eine Subpopulation Dendritischer Zellen und sind die Hauptproduzenten von Typ I Interferonen nach viraler oder mikrobieller Stimulation. Dadurch beeinflussen und verbinden sie die angeborene und adaptive Immunabwehr. Obwohl es immer mehr Anzeichen einer Beteiligung von PDCs an der Entstehung und Aufrechterhaltung von Autoimmunerkrankungen oder Krebs gibt, und ihnen auch eine Rolle bei der Induktion von Toleranz zugeschrieben wird, ist wenig über ihre exakte immunologische Funktion bekannt. Besonders ihre Rolle als Antigen-präsentierende Zellen bei der Induktion einer T-Zell-Antwort wird kontrovers diskutiert. Die funktionelle Charakterisierung von murinen PDCs wurde durch das Fehlen eines spezifischen Oberflächenrezeptors erschwert. PDCs wurden identifiziert anhand der Co-Expression von B220, Ly-6C, und CD11c. In dieser Arbeit wurden verschiedene monoklonale Antikörper generiert, die alle ein Oberflächenantigen erkannten, das spezifisch auf PDCs in naïven Mäusen exprimiert war und das als �murines PDC Antigen 1� (mPDCA-1) bezeichnet wurde. Mithilfe differentieller Genexpressionsanalyse konnte gezeigt werden, daß die anti-mPDCA-1 Antikörper das �Bone marrow stromal antigen 2� (BST2) erkennen. Weitere Experimente zeigten, daß Ligation des mPDCA-1 Rezeptors eine Toll-like Rezeptor-induzierte Produktion von Typ I Interferonen in PDCs inhibierte. Die Kreuzvernetzung des Rezeptors mit anti-mPDCA-1 Antikörpern resultierte in einer intrazellulären Kalzium-Mobilisierung sowie in einer allgemeinen Phosphorylierung von Proteintyrosinresten. Des Weiteren führte die Kreuzvernetzung sowohl in vitro als auch in vivo zu einer schnellen und effizienten Internalisierung des Rezeptor-Antikörperkomplexes. Als nächstes wurde die potentielle Funktion des mPDCA-1 Moleküls als PDC-spezifischer Antigen-Aufnahmerezeptor untersucht. Da die Applikation des vollständigen anti-mPDCA-1 Antikörpers in vivo in Fc-vermittelter oder ADCC-abhängiger Depletion der PDCs resultierte, wurde Ovalbuminprotein kovalent an ein nichtdepletierendes F(ab�)2-Fragment des anti-PDCA-1 Antikörpers konjugiert. Somit konnten PDCs spezifisch in vitro und in vivo angefärbt werden. Über mPDCA-1 aufgenommenes Antigen wurde prozessierte und auf Klasse I und II MHC-Molekülen präsentiert. Dabei waren PDCs in der Lage, naïve CD4+ and CD8+ T-Lymphozyten in vitro effizient zu primen. Sowohl das Priming als auch das cross-priming antigenspezifischer T-Zellen war abhängig von einer Aktivierung der PDCs, die mit einer verstärkten Expression costimulatorischer und MHC-Moleküle einherging. Dieser zusätzliche Stimulus schien auch die Antigenprozessierungs- und präsentationsmaschinerie zu aktivieren. Letztlich wurde eine heterogene Expression des �Stem cell antigen 1� (Sca-1) auf PDCs beobachtet, die organabhängig variierte. Sca-1- PDCs erschienen früher in der Entwicklung der Zellen und produzierten mehr IFNα nach Stimulation. Aktivierte PDCs regulierten die Expression von Sca-1 hoch. Zusammengefasst ist mPDCA-1 ein spezifischer Marker für die Identifizierung von PDCs. Die direkte Interaktion mit naïven T-Zellen unterstreicht die Rolle der PDCs in der Koordination von angeborener und adaptiver Immunantwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, daß PDCs ein viel versprechendes Ziel für die Entwicklung neuartiger Therapiemöglichkeiten und deren Untersuchung im Mausmodel sind, vor allem für die Behandlung von Tumor- oder Autoimmunerkrankungen, z.B. von SLE.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Fischer, Jens A. A.jaaf@gmx.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-25369
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    mPDCA-1 , Plasmazytoide dendritische Zelle , PDC , Antigenaufnahme, (cross) PrimingGerman
    mPDCA-1 , Plasmacytoid dendritic cell , PDC , antigen uptake, (cross) primingEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: English
    Date: 2008
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 23 October 2008
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 04 Dec 2008 11:44:28
    Referee
    NameAcademic Title
    Pasparakis, ManolisProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2536

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