Intestinal and hepatic dendritic cells in the induction of tolerogenic responses

• Induktion tolerogener Immunantworten durch intestinale und hepatische Dendritische Zellen

Leufgen, Andrea; Pabst, Oliver (Thesis advisor); Clavel, Thomas (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Darm und Leber bilden eine funktionelle Einheit, die sogenannte Darm-Leber-Achse, und gewährleisten gemeinsam Immunität und systemische Toleranz, z.B. gegenüber Kommensalen des Darmmikrobioms oder Antigenen aus der Nahrung. Während die Immunzellen des Darms über die Epithelschicht mit luminalen Antigenen in Kontakt kommen, können orale Antigene über das Blut der Pfortader zur Leber gelangen. Zur Aufrechterhaltung eines tolerogenen Status sind zwei Arten von Immunzellen von besonderer Bedeutung. Dendritische Zellen (DCs) sind die wichtigsten antigenpräsentierenden Zellen des Organismus und daher unverzichtbar. Sie sind besonders wichtig für das Induzieren von Immunantworten sowie für die Aufrechterhaltung von Toleranz gegenüber harmlosen Antigenen, indem sie FoxP3+ regulatorische T-Zellen (Treg) induzieren. In der Homöostase des Dünndarms (SI) induzieren DCs eine tolerogene Antwort gegenüber oral verabreichten Antigenen, ein Mechanismus, der als "orale Toleranz" bezeichnet wird. Die Leber ist ebenso wichtig bei der Induktion von tolerogenen Immunantworten und ein Defekt oder Ausbleiben der Induktion von oraler Toleranz kann zu entzündlichen Erkrankungen wie Nahrungsmittelallergien oder inflammatorischen Darmerkrankungen (IBD) führen. In dieser Arbeit wollten wir herausfinden, wie DCs aus Darm und Leber zu einer systemischen Toleranzinduktion beitragen. Hierfür untersuchten wir, ob DCs aus SI, Kolon und Leber gleichmäßig dazu in der Lage sind, oral verabreichtes Antigen aufzunehmen, zu den drainierenden Lymphknoten (LN) zu migrieren und T-Zellen zu aktivieren, die anschließend zu Treg differenzieren. Darüber hinaus wollten wir herausfinden, wie diese Treg zu systemweiter Toleranz nach oraler Antigenexposition beitragen, indem wir die Homing-Muster der neu aktivierten T-Zellen untersuchten. Wir konnten feststellen, dass DCs aus allen Organen der Darm-Leber-Achse dazu in der Lage sind, orales Antigen aufzunehmen, anschließend über das lymphatische System zu migrieren und das Antigen in den drainierenden LN zu präsentieren. Obwohl DCs aus dem SI, dem Kolon und der Leber in der Homöostase insgesamt phänotypisch und transkriptomisch ähnlich waren, zeigten sie dennoch insbesondere in der Steuerung der Homing- und Differenzierungsprozesse von T-Zellen wichtige Unterschiede. Wir fanden heraus, dass SI-DCs im Vergleich zu DCs aus Kolon und Leber Vitamin-A-Derivate am effizientesten metabolisieren können. Dies erhöhte ihre Fähigkeit, die von Retinsäure (RA) abhängigen Darm-Homing-Faktoren CC-Motiv-Chemokinrezeptor (CCR) 9 und Integrin Alpha 4 Beta 7 (Intα4β7) auf neu aktivierten T-Zellen zu induzieren. Darüber hinaus waren DCs, die aus dem Steady-State SI, dem Dickdarm oder der Leber migrierten dazu in der Lage, unterschiedliche T-Zell-Reaktionen im induktiven Kompartiment der drainierenden LN zu induzieren. Wir haben zusätzlich ein Photokonversion-basiertes experimentelles Modell für die in vivo T-Zellverfolgung entwickelt und konnten damit zeigen, dass die orale Verabreichung eines kognitiven Antigens zur Migration von T Zellen in verschiedene Organe führt. Diese Migration hängt vom LN-Kompartiment ab, indem die T Zellen induziert wurden. Unsere Daten zeigen, dass T-Zellen, die in den SI-drainierenden mesenterischen LN (sMLN) aktiviert wurden anschließend in den Dünndarm, aber interessanterweise auch in den Dickdarm und die Leber wandern. Im Gegensatz dazu wandern T-Zellen, die in Kolon-drainierenden MLN (cMLN) oder Leber-drainierenden LN (ldLN) aktiviert wurden, ausschließlich in den Dickdarm und die Leber, aber nicht in den SI. Bemerkenswerterweise korreliert das Homing von T-Zellen mit einer ortsspezifischen Expression chemotaktischer Rezeptoren: kürzlich aktivierte T-Zellen, die in den SI eingewandert waren exprimieren in hohem Maße CCR9, in den Dickdarm eingewanderte T-Zellen den G-Protein-gekoppelten Rezeptor (GPR) 15 und neu-aktivierte T-Zellen, die in die Leber migrierten den CXC-motiv Chemokinrezeptor (CXCR) 3. Es sind weitere Studien erforderlich, um die molekularen Mechanismen zu charakterisieren, die für die Expression der unterschiedlichen Chemokinrezeptoren verantwortlich sind, und um herauszufinden, welchen Beitrag die DCs der verschiedenen Organe und das spezifische LN-Mikroumfeld zu diesem Prozess leisten. Obwohl ein Anteil der durch orales Antigen aktivierten T-Zellen gerichtetes Homing zu den verschiedenen Organen zeigte, konnten wir außerdem feststellen, dass ein großer Teil der neu aktivierten T-Zellen einen LN-residenten Phänotypen annahmen. Die Funktion dieser residenten T-Zellen und die Mechanismen ihrer Induktion sind noch unbekannt, aber ihre Positionierung könnte strategisch sein, um ein zukünftiges negatives T Zell-Priming zu verhindern und so die induzierte Toleranz zu erhalten. Zusammengefasst trägt unsere Arbeit zu einem besseren Verständnis der Funktionsweise von DCs und T-Zellen innerhalb der Darm-Leber-Achse bei. Wir konnten das Wissen darüber, wie ein tolerogenes Umfeld aufrechterhalten wird, erweitern, indem wir die Bedeutung einer systemweiten Verteilung neu induzierter regulatorischer T-Zellen nach oraler Antigen-exposition für zukünftige Antigenbegegnungen unterstreichen konnten. Unsere Daten können bei der Entwicklung von neuen Therapieansätzen für entzündliche Erkrankungen, wie IBD oder Nahrungsmittelallergien helfen, da sie die spezifischen Homing-Muster neu aktivierter regulatorischer T-Zellen nach oraler Antigenexposition beschreiben.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• [526000-2]