Glycoprotein 96-activated dendritic cells induce a CD8-biased T-cell response

Abstract

Gp96 bindet nicht nur Peptide, sondern kann auch spezifisch mit bestimmten Oberflächenrezeptoren auf APCs, z.B. CD91, interagieren und so den effizienten Transport der gebundenen Peptide in den MHC-I Prozessierungsweg ermöglichen. Dies führt zu einer rezeptorvermittelten Endozytose von Gp96-Peptid Komplexen mit anschließender Kreuzpräsentation der Peptide auf MHC Klasse I-Moleküle und Aktivierung von zytotoxischen T-Lymphozyten. Außerdem aktiviert Gp96 gleichzeitig APCs wie DCs in vitro und in vivo, was zu einer Hochregulation der kostimulatorischen Aktivität und der Freisetzung von pro-inflammatorischen Zytokinen sowie auch NO führt. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass diese Reifung von DCs TLR2- und TLR4-abhängig ist. Zudem fungiert GP96 als lokales Gefahrensignal als Antwort auf zellulären Stress. Es wird freigesetzt duch Nekrose z.B. im Rahmen von Virusinfektionen, nicht aber durch Apoptose. Nekrotische Lysate von primären Tumorzellen konnten DCs aktivieren, waren angereichert an HSPs, und die Menge an HSPs korrelierte mit der Fähigkeit, DCs zu aktivieren. Zugleich können Thrombozyten Gp96 binden, was eine Neutralisation ihrer Fähigkeit zur DC-Reifung zur Folge hat, ein möglicher Mechanismus, die Aktivität von Gp96 auf das lokale Gewebe zu beschränken.

Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Beobachtung im Rahmen von in vitro Proliferationsassays mit allogenen T-Zellen, dass DCs durch Gp96 aktiviert eine verstärkte CD8 T-Zell Immunantwort auslösen konnten. Bei der genaueren Untersuchung dieses Phänomens konnte in dieser Arbeit dargestellt werden, dass sowohl aus Monozyten hergestellte humane DCs als auch BMDCs nach einer Aktivierung durch Gp96 eine Präferenz für die Aktivierung von CD8+ zytotoxischen T-Zellen in vitro wie in vivo aufweisen. Im Gegensatz dazu führt eine LPS-Aktivierung bevorzugt zu einer CD4 T-Zell vermittelten Immunantwort. Im Falle der humanen DCs korrelierte diese Beobachtung mit der Expression von MICA/B-Molekülen auf der Oberfläche von der mit Gp96 oder LPS stimulierten DCs.

Zusammenfassend wurde also in dieser Arbeit gezeigt, dass HSPs wie Gp96, aber auch Endotoxine - so z.B. LPS - geeignet sind, spezifisch die adaptive Immunantwort zu induzieren wie auch das Ergebnis zu beeinflussen. Signale in Zusammenhang mit extrazellulären Pathogenen wie LPS führen zu einer CD4 T-Zell abhängigen Antikörper-Immunantwort, während Signale, die mit intrazellulären Pathogenen assoziiert sind, so z.B. Gp96, eine CD8 T-Zell Antwort bevorzugen. Es werden also immer die Immunmechanismen bemüht, die gerade am geeignetsten sind, um das jeweilige Pathogen zu eliminieren.

Heat shock proteins (HSPs) are able to induce protective immune responses against pathogens and tumors after injection into immunocompetent hosts. Crucial for the establishment of immunoprotection is the activation of components of the adaptive immune system, including cytotoxic T lymphocytes (CTLs) specific for pathogen- or tumor-derived peptides. HSPs acquire these peptides during intracellular protein degradation and when released during necrotic cell death, facilitate their uptake and MHC-restricted representation by professional antigen-presenting cells (APCs). In addition, the interaction of HSPs with APCs, including the ER-resident chaperone Gp96, induces the maturation of these cells by Toll-like receptor (TLR)-mediated signalling events. This work provide evidence that in contrast to LPS-mediated DC maturation, the interaction of Gp96 with dendritic cells (DCs) leads to the preferential expansion of antigen-specific CD8-positive T cells in vitro and in vivo. This CD8 preference induced by mouse and human DCs did not correlate with enhanced levels of IL-12 secretion. However, for human DCs I observed the induction of MHC class I-related chain A and B (MICA/B) expression exclusively by Gp96- but not by LPS-mediated DC maturation. Thus, despite the fact that both, LPS and Gp96 activate DCs in a TLR4-dependent manner, the experiments clearly demonstrate qualitative differences in the outcome of this maturation process which preferentially favours the expansion of CD8-positive T cells.