Mast cell secretory granules serve as endogenous c-type lectin receptor ligands skewing dendritic cell function towards T-H2/T-H17 response

Abstract

Mast cells (MCs) are best known as key effector cells of type I allergic reaction. However, there is increasing evidence that, beyond IgE-driven responses, they are multifunctional cells and serve as linker between innate and adaptive immunity. In this line, our group reported that dermal dendritic cells (DCs) engulf intact MC granules (MCG), which were released by MCs during skin inflammation. As a consequence, MCG-bearing DCs display an enhanced migratory behavior and maturation and boosted T cell priming capacity compared to MCG-negative DCs. Thereby, peripheral, tissue-resident MCs have remote effects on lymph node-borne adaptive immune responses by modulating DC functions [1]. Based on this study, the aim of this thesis was to decipher the underlying mechanisms mediating the MCG uptake by DCs and the resulting consequences for subsequent immune responses. In the first part of my work, the underlying mechanisms were studied mainly by means of in vitro and additional ex vivo/in vivo methods. The MCG uptake was identified to be restricted to immature DCs and to involve macropinocytosis. The exclusive engulfment of peritoneal cultured MC (PCMC)-derived MCG and the dependency of the MCG uptake on a Syk-/Card9-dependent signaling in vitro further suggested the involvement of the induced form of macropinocytosis. In vivo, a disrupted Card9-dependent signaling resulted in a reduced inflammatory response. Questioning the DC receptors that sense MCG leading to their uptake, the c-type lectin receptors (CLRs) MCL and SIGNR3 were identified binding specifically to PCMC-derived MCG. Additionally, they were found to be together responsible in vitro for an entire uptake of MCG. The second part of this thesis analyzed the resulting consequences of the MCG uptake by imDCs. It was found by using in vitro DC-T cell co-culture experiments that the MCG uptake by imDCs modulated the T cell priming capacity of DC towards TH2- and TH17-mediated responses. A Card9 deficiency further led to a defect in T cell priming during contact hypersensitivity, especially of TH2 and TH17 cells. Additionally, MCL-/- SIGNR3-/- mice showed a reduced TH2-driven allergic airway inflammation together with reduced numbers of cDC2s and cells producing TH2 cytokines. Collectively, the data gained within this thesis indicate that MCG serve as endogenous CLR ligands that have the ability to convert MC degranulation inducing signals in the periphery into adjuvant effects that promote and modulate the adaptive immune response within the LNs. Detailed knowledge about the MCG uptake mechanism by DCs may be helpful for developing therapeutic strategies that either aim to dampen excessive inflammatory immune responses or to trigger adaptive immunity in a targeted manner.

Mastzellen (MZs) sind vor allem für ihre Rolle als Effektorzellen der Typ I Allergie bekannt. Darüber hinaus wurden ihnen zahlreiche weitere Funktionen zugeschrieben. MZs können u.a. als Bindeglied zwischen der angeborenen und adaptiven Immunität wirken. Unsere Arbeitsgruppe konnte zeigen, dass dermale dendritische Zellen (DZs) Mastzellgranula (MZG) aufnehmen, welche zuvor von MZs als Antwort auf eine Hautentzündung freigesetzt wurden. MZG-tragende DZs wiesen eine erhöhte Migration und Reifung, sowie eine verstärkte Kapazität zur Aktivierung von T-Zellen im Vergleich zu MZG-negativen DZs auf. Diese Art der interzellulären Kommunikation ermöglicht peripheren, gewebsständigen MZs durch Modulierung von DZ-Funktionen Einfluss auf die Induktion einer adaptiven Immunantwort im Lymphknoten zu nehmen [1]. Das Ziel dieser Arbeit war, zugrundeliegende Mechanismen der MZG Aufnahme durch DZs, sowie die daraus resultierenden Konsequenzen für die Immunantwort zu untersuchen. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Makropinozytose in die MZG Aufnahme involviert war und sich dabei auf unreife DZs beschränkte. Die ausschließliche Aufnahme von MZG aus peritonealen MZs sowie die Abhängigkeit einer Syk-/Card9-vermittelten Signalkaskade in vitro wiesen auf eine Beteiligung der induzierten Makropinozytose hin. In vivo resultierte eine Card9-Defizienz weiterhin in einer reduzierten Entzündungsreaktion. Darüber hinaus wurden die c-Typ Lektinrezeptoren (CLRs) MCL und SIGNR3 als DZ-Rezeptoren identifiziert, welche zusammen an der MCZ Aufnahme beteiligt sind. Der zweite Teil dieser Arbeit analysierte die Konsequenzen der MZG Aufnahme für das Immunsystem. In vitro DZ-T-Zell Kokultivierungsversuche zeigten, dass die MZG Aufnahme durch DZs deren Kapazität zur T-Zell-Aktivierung in Richtung einer TH2- und TH17- vermittelten Antwort förderte. In einem Hautentzündungsmodell wiesen Card9-/- Mäuse dabei ebenfalls eine eingeschränkte Aktivierung von TH2 und TH17 Zellen auf. Weiterhin zeigten MCL/SIGNR3 defiziente Mäuse eine reduzierte allergische Atemwegsentzündung, vor allem gekennzeichnet durch eine reduzierte Anzahl an Typ 2 DZs und TH2-Zytokin produzierenden Zellen. Zusammenfassend deuten die generierten Daten daraufhin, dass MZG als endogene CLR Liganden fungieren und somit Signale, welche die MZ Degranulation induzieren, in adjuvante Effekte übersetzen, welche die adaptive Immunität beeinflussen. Kenntnisse über zugrunde liegende Mechanismen könnten zukünftig helfen, therapeutische Strategien zu entwickeln, die zum Einen überschießende Entzündungsreaktionen reduzieren oder zum Anderen gezielte adaptive Immunantwort auslösen könnten.