Die Rolle Plasmazytoider Dendritischer Zellen in der Koordination der Immunreaktion gegen Herpes simplex Virus Typ1

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2014-01-27
Issue Year
2014
Authors
Schuster, Philipp
Editor
Abstract

The control of herpes simplex virus type1 (HSV-1) infections is mediated by many different cells of the innate and adaptive immunity. In particular during the early phase of infection, plasmacytoid dendritic cells (PDC) play a crucial role in limiting viral spread. Via their rapid secretion of large amounts of type1 interferons (IFN), they directly act on infected cells leading to an inhibition of viral replication. Moreover, evidence is accumulating that PDC interact with other immune cells shaping the nascent immune response. However, in most cases the mechanisms of these cross-talks, especially those depending on direct cell-to-cell contact, still remain elusive. The aim of the first part of this study was to identify human PDC receptors that are potentially involved in cellular interactions. Based on a genome-wide transcription analysis, a total of 51 receptors were detected on the surface of PDC at the level of protein expression. These receptors included CD48, CD156b, CD229, CD305 and CD319, which were identified on human PDC for the first time. The expression of CD48, CD229 and CD319, all members of the SLAM family of receptors, involved in the co-regulation of cytotoxic cells, may enable the cross-talk between PDC and effector cells at the site of an acute HSV-1 infection. Stimulation with interleukin (IL)-3 or HSV-1 induced changes in the receptor expression on PDC independent of viral infectivity and revealed a timely coordinated and consistent regulation pattern of functionally related receptors. These results fitted into a model of the PDC life cycle during herpes viral infection, including the migration of these cells to the site of infection, the sampling of antigen and the homing to secondary lymphatic tissue via the blood stream. The second part of this thesis focused on the immune responses against HSV-1 and general regulatory effects of PDC on the activation and IFNγ secretion of various immune cells, analyzed with respect to the HSV serostatus. Following stimulation with infectious HSV-1, the response of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from seropositive donors was dominated by CD3-negative cells and CD4-positive T cells and the secretion of IL-2 and IL-10. In contrast, reactive CD3-negative cells, CD8-positive T cells and γδT cells, along with production of IL-8 and IL-12 were identified in the cultures of cells from seronegative individuals. This is the first report on the HSV-1 induced secretion of IFNγ from human γδT cells restricted to seronegative donors. Experiments involving the stimulation of PBMC after depletion of the PDC population revealed an enhancing effect of PDC on the activation, and, more pronounced, on the secretion of IFNγ of all reactive cells involved in the immune response, which was not dependent on the serostatus. The reduced secretion of IFNγ in the absence of PDC in cells of seropositive donors was enhanced after re-addition of PDC, whereas cells of seronegative donors responded predominantly to soluble factors derived from stimulated PDC. These data indicated that the involved mechanisms differed according to the serostatus. The findings of this thesis concerning the expression and regulation of PDC surface receptors and the interactions between PDC and effector cells enhance the fundamental understanding of the role of PDC in the coordination of the immune response against HSV-1 and will serve as basis for future studies on the functionality of single receptor-ligand-interactions.

Abstract

An der Kontrolle von Infektionen mit dem Herpes simplex Virus Typ1 (HSV-1) ist eine Vielzahl verschiedener Immunzellen des nativen und adaptiven Immunsystems beteiligt. Zu diesen Zellen zählen insbesondere auch Plasmazytoide Dendritische Zellen (PDC), die in der frühen Phase viraler Infektionen eine zentrale Rolle einnehmen. Durch die schnelle Freisetzung großer Mengen Typ1 Interferone (IFN) wirken sie direkt auf infizierte Zellen und inhibieren so die virale Replikation. Darüber hinaus wird immer deutlicher, dass PDC mit anderen Immunzellen interagieren und so regulierend auf die entstehende Immunantwort wirken. Die Mechanismen dieser Wechselwirkungen, besonders derjenigen, die auf direktem Zell-Zell-Kontakt beruhen, sind jedoch nur in wenigen Fällen identifiziert. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit sollten Rezeptoren humaner PDC identifiziert werden, die an diesen zellulären Interaktionen beteiligt sein könnten. Basierend auf einer genomweiten Transkriptionsanalyse konnten auf der Ebene der Protein-Expression 51 Rezeptoren auf der Oberfläche von PDC detektiert werden, darunter CD48, CD156b, CD229, CD305 und CD319 die erstmals auf PDC nachgewiesen wurden. Die Rezeptoren CD48, CD229 und CD319 sind Mitglieder der SLAM-Familie, die an der Koregulation zytotoxischer Zellen beteiligt ist, was eine Wechselwirkung zwischen PDC und Effektorzellen der Immunreaktion gegen HSV-1 am Ort der akuten Infektion ermöglichen könnte. Die Stimulation mit Interleukin (IL)-3 oder HSV-1 induzierte eine Regulation der Expression von Oberflächenrezeptoren, die unabhängig von der Infektiosität des Virus auftrat. Aus der zeitlich koordinierten, einheitlichen Regulation von Rezeptoren einer Funktionsgruppe konnte ein Modell des Lebenszyklus von PDC etabliert werden. Dieses legt nahe, dass PDC zum Ort der Infektion migrieren, virale Antigene aufnehmen und anschließend über das Blut in sekundäre lymphatische Gewebe wandern. Im zweiten Teil der Studie sollte die Immunreaktion gegen HSV-1 untersucht und generelle regulatorische Effekte von PDC auf die Aktivierung und IFNγ-Sekretion verschiedener Immunzellen in Abhängigkeit vom Serostatus der Spender analysiert werden. In mononukleären Zellen des peripheren Blutes HSV-seropositiver Spender konnten nach Stimulation mit infektiösem HSV-1 insbesondere reaktive CD3-negative Zellen und CD4-positive T-Zellen, sowie die Freisetzung von IL-2 und IL-10 identifiziert werden. Die Immunreaktion seronegativer Spender war dagegen durch reaktive CD3-negative Zellen, CD8-positive T-Zellen und γδT-Zellen, und die Produktion von IL-8 und IL-12 gekennzeichnet. In der vorliegenden Arbeit konnte somit erstmalig eine auf seronegative Spender beschränkte HSV-induzierte Sekretion von IFNγ aus humanen γδT-Zellen beobachtet werden. In Experimenten, die nach Depletion von PDC durchgeführt wurden, zeigte sich ein verstärkender Effekt von PDC auf die Aktivierung und insbesondere auf die Sekretion von IFNγ aller beteiligten Immunzellen, der unabhängig vom Serostatus der Spender auftrat. Die Beobachtung, dass die reduzierte Freisetzung von IFNγ aus Zellen seropositiver Donoren durch eine erneute Zugabe von PDC, aus Zellen seronegativer Donoren dagegen besonders durch lösliche Stoffe stimulierter PDC revertiert wurde, legt nahe, dass sich die beteiligten Mechanismen unterscheiden und vom Serostatus abhängen. Die in der vorliegenden Studie erworbenen Erkenntnisse über die Expression und Regulation von PDC-Oberflächenrezeptoren, sowie über die Wechselwirkung zwischen PDC und Effektorzellen der Immunantwort, erweitern somit das grundlegende Verständnis der Rolle von PDC in der Koordination der Immunreaktion gegen HSV-1 und können als Ausgangspunkt für weitere Studien zur Funktionalität einzelner Rezeptor-Liganden-Interaktionen dienen.

DOI
Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs