Generierung und Charakterisierung tolerogener muriner dendritischer Zellen

Mechanismen der zentralen und der peripheren Toleranz schützen den Körper vor Immunreaktionen gegen körpereigenes Gewebe oder gegen harmlose Umweltantigene. An der Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz sind tolerogene Dendritische Zellen (DC) beteiligt. Tolerogene DC können in vitro u.a. mit Hilfe von immunsuppressiven und antiinflammatorischen Substanzen, aber auch durch virale Transduktionen, die zur Denovo- oder Überexpression toleranzassoziierter Moleküle führen, generiert werden. rnDa die Wirkung einiger immunmodulatorischer Substanzen über den intrazellulären sekundären Botenstoff cAMP vermittelt wird, sollte getestet werden, welchen Einfluss eine direkte Erhöhung des intrazellulären cAMP-Niveaus mittels Dibutyryl-cyclo-Adenosin-3´,5´-Mono-Phoshat (db-cAMP) auf die phänotypischen und funktionellen Eigenschaften von BM-DC („bone marrow derived dendritic cells“) hat.rnIm Vergleich zu unbehandelten BM-DC wiesen db-cAMP-DC ein vermindertes T-Zell-Stimulierungs-potenzial auf. Dieses verminderte T-Zell-Stimulierungspotenzial wird teilweise über die Proteinkinase A, nicht aber über Cyclooxygenase-2 (Cox-2) vermittelt. rnAnhand der FACS-Analyse mit DC- und MDSC- („myeloid derived suppressor cells“) spezifischen Markern konnte gezeigt werden, dass es sich bei den db-cAMP-DC um CD11c-positive DC mit einer vergleichsweise niedrigen Expression von MHCII und kostimulatorischen Oberflächenmolekülen handelt. Des Weiteren zeigte sich, dass sie verglichen mit BM-DC eine vermehrte mRNA-Expression der koinhibitorischen Moleküle B7-H1 und LIGHT und der toleranzassoziierten Moleküle FcγRIIB, HO-1 und Cox-2 aufweisen. Mittels ELISA konnte eine gesteigerte Expression der HO-1- und eine moderat gesteigerte PGE2-Synthese beobachtet werden. PGE2 wird mit Hilfe der Cox-2 aus Arachidonsäure gebildet.rnIm Gegensatz zu BM-DC wiesen db-cAMP-DC in beiden Reifungsstadien ein verändertes Zytokinprofil auf: Auf mRNA-Ebene zeigte sich, dass db-cAMP-DC verglichen mit BM-DC vermehrt IL-1RA und IL-10 exprimieren. Dieser Unterschied konnte für IL-10 auch mittels ELISA bestätigt werden. In den Kulturüberständen der stimulierten db-cAMP-DC konnte, im Gegensatz zu denen stimulierter BM-DC, kaum bioaktives IL-12 nachgewiesen werden. rnDb-cAMP-DC induzierten des Weiteren in kokultivierten allogenen T-Zellen ein differenzielles Zytokinprofil: Sie förderten die INFγ- und IL-17-Sezernierung durch T-Zellen, während die IL-5-Sezernierung geringer war, wenn T-Zellen mit stimulierten db-cAMP-DC kokultiviert wurden. Db-cAMP-DC hatten hingegen keinen Einfluss auf die IL-10-Produktion. Außerdem führte eine Kokultur der db-cAMP-DC mit allogenen T-Zellen nicht zu einer gesteigerten Induktion von FoxP3+ Treg. rnIn einem zweiten Ansatz sollte getestet werden ob es möglich ist die murine DC-Linie SP37A3 lentiviral mit dem toleranzassoziierten Oberflächenprotein B7-H3 zu transduzieren. Dies ist von Interesse, da die SP37A3-Zellen einige Vorteile gegenüber BM-DC aufweisen, wie z.B. ihren homogeneren Phänotyp und die Möglichkeit sie in einer Expansionskultur zu halten.rnEs konnte gezeigt werden, dass SP37A3-Zellen als Modell für myeloide DC für die Transduktion mit lentiviralen Partikeln geeignet sind. Hierbei zeigte es sich aber, dass darauf geachtet werden muss, mit konzentriertem Virus zu arbeiten und dass die Reportergen-Expression der Zielzellen über mehr als 3 Tage (mindestens 7 Tage) untersucht werden muss. Nur so kann eine eventuell auftretende Pseudotransduktion erkannt und verhindert werden. Ab einer MOI („multiplicity of infection“) von 50 konnte in SP37A3-Zellen eine Transgen-Expression nachgewiesen werden.rn

Funktionelle Charakterisierung der Casein Kinase 2 in der Etablierung und Aufrechterhaltung peripherer Toleranz durch dendritische Zellen

Dendritische Zellen (DCs) nehmen eine Schlüsselrolle in unserem Immunsystem ein, indem DCs sowohl Immunität, als auch Toleranz induzieren können. Im Falle der Immunität sind DCs in der Lage die Differenzierung der verschiedenen T-Helferzellen, wie Th1-, Th2- und Th17-Zellen zu steuern und tragen so zu der Qualität einer Immunantwort bei. Auf der anderen Seite können DCs in Gegenwart von TGF-β, IDO und Retinsäure die Differenzierung von regulatorischen T-Zellen induzieren und tragen somit zur Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz bei. Insbesondere in den Darm-assoziierten lymphatischen Geweben (GALT) müssen DCs unverhältnismäßige Immunantworten gegen harmlose Antigene aus der Nahrung und kommensale Bakterien verhindern, während gegen Pathogene schützende Immunantworten induziert werden müssen. Auf Grund dieser entgegengesetzten Funktionen der DCs wollten wir die molekularen Mechanismen der DCs untersuchen, die der Regulation von Immunität und Toleranz zu Grunde liegen. Insbesondere der Wnt-Signalweg ist für die Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz im GALT von Bedeutung. Da die Casein Kinase 2 in diesem Signalweg entscheidend beteiligt ist, haben wir die CK2-Funktion konditionell, unter der Kontrolle des CD11c-Promotors, deletiert. Hierfür haben wir CD11c-cre Mäuse mit Mäusen verpaart, welche ein von loxP-Signalsequenzen flankiertes Ck2β Gen (CK2β-fl/fl) tragen. Die konditionelle Deletion der CK2-Funktion in DCs, führte zu einer verstärkten Expression der kostimulatorischen Moleküle (wie CD40, CD80, CD86) und der Zytokine IL-6 und IL-12 unter „steady-state“ Bedingungen. Detaillierte Untersuchungen der T-Zellen in CD11c-cre x CK2β-fl/fl Mäusen zeigte eine deutlich reduzierte naive T-Zellpopulation, einhergehend mit einer erhöhten Th1- und Th17-Differenzierung. Speziell in den mesenterialen Lymphknoten konnte eine höhere Frequenz von T-bet+ und Rorγt+ CD4+ T-Zellen gefunden werden, welche große Mengen der Zytokine IFN-γ und IL-17 nach ex vivo Stimulation produzierten. Weiterführende in vivo Versuche, hier wurde das Modell der oralen Toleranz gewählt, zeigten das eine CK2-Deletion in DCs die Induktion einer oralen Toleranz verhindert. Unsere Daten zeigen eindeutig, dass die CK2 entscheidend in der Regulation der DC Homöostase und der Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz beteiligt ist.

Etablierung eines humanisierten Mausmodells zur In-vivo-Analyse von DC-adressierenden Nanopartikeln

In dieser Arbeit wurde zunächst ein humanisiertes Mausmodell entwickelt für die Analyse von humanen DCs in vivo. Darüber hinaus wurden erste Versuche mit Nanopartikelbeladenen DCs durchgeführt, mit der Intention, durch diese Kombination humane DCs zu untersuchen. Es wurden immunsupprimierte NOD/LtSz-scid IL2R (NSG) Mäuse verwendet und mit humanen CD34+ PBSCs transplantiert. Es wurden insgesamt 14 Modelle getestet, mit einer durchschnittlichen Humanisierungsrate von 76 %. In allen Modellen konnten ab Woche sechs nach Transplantation humane CD45+ Zellen sowie humane Bund NK-Zellen und CD14+ Monozyten gefunden werden. Darüber hinaus waren myeloide DC-Vorläuferzellen, konventionelle HLA DR CD11c DCs (cDCs) und plasmazytoide DCs (pDCs) vorhanden. Humane T-Zellen konnten nicht vor Woche 18 nach Transplantation beobachtet werden. Neben der Rekonstitution humaner DCs in peripheren Organen, wurde ebenfalls nach gewebsständigen DCs, insbesondere den Langerhans Zellen (LCs) der Epidermis geschaut. Waren humane LC vorhanden, konnten diese ab Woche zwölf nach Transplantation in der murinen Epidermis detektiert werden. Diese waren konstant bis in Woche 30 nach Transplantation nachweisbar. In Hinblick auf die Etablierung der DCs in diesem humanisierten Mausmodells wurden verschiedene Einflussgrößen getestet. IL-7 führte zu keiner veränderten Hämatopoese, wohingegen Flt3L zu einer Zunahme von CD14+ Monozyten und cDCs führte. Darüber hinaus konnte eine drastische Abnahmernhumaner B-Zellen beobachtet werden. Es zeigte sich, dass der Zeitpunkt der Flt3LrnApplikation einen entscheidenen Faktor für den Effekt von Flt3L auf die Rekonstitution humaner Zellen darstellt. Für die in dieser Arbeit durchgeführten funktionellen in vivo Studien, wurden humanisierten Mäusen alloreaktive CD8+ T-Zellen appliziert. Somit sollte die Funktionalität der rekonstituierten humanen APCs getestet werden. Es wurde deutlich, dass Monozyten und DCs ihre Funktionalität erst ab Woche 14 nach Transplantation zu entwickeln schienen,rnwohingegen B-Zellen bereits zu früheren Zeitpunkten als Zielzellen für die alloreaktiven T-Zellen dienten. Dies wurde durch den Rückgang der jeweiligen Zellen nach Applikation der T-Zellen sichtbar. Zu erwähnen ist, dass das Anwachsen einer humanen Hämatopoese stark spenderabhängig ist und somit keine allgemeingültigen Aussagen hinsichtlich der in vivo Funktion getroffen werden können. Um im Gewebe verbliebende APCs zu manipulieren gibt es verschiedene Möglichkeiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf Polystyren-basierende Nanopartikel getestet. Die verwendeten Partikel hatten eine Größe von 80 bis 160 nm und waren unfunktionalisiert oder mit Amino- bzw. Carboxy-Gruppen versehen. Zusätzlich wurden die Partikel mit BODIPY (Durchflusszytometrie und kLSM-Messungen), einem Infrarotnahem Farbstoff IR 780 (BFI-Messungen) und Platin (in vivo Messungen) beladen. Der Carboxy-funktionalisierte Partikel zeigte den geringsten Einfluss auf die Vitalität von humanen DCs, wohingegen der Amino-funktionalisierte Partikel bei steigender Konzentration toxisch wirkte. Bei unfunktionalisierten Partikeln stieg die Toxizität bei zunehmender Konzentration. Hinsichtlich der Expression diverser DC spezifischer Oberflächenmoleküle nach Beladung mit Nanopartikeln zeigte sich, dass allein der unfunktionalisierte, mit Lutensol AT50 hergestellte Partikel zu einer leichten Hochregulation von MHC-Klasse-II Molekülen führte. Die Expression von CD86 wurde im Gegenzug nur durch die Beladung mit den Amino-, bzw. Carboxy funktionalisierten Partikeln und dem unfunktionalisierten, mit SDS hergestellten Partikel leicht gesteigert. Trotz der teilweise leicht veränderten Expression von Oberflächenmarkern, konnte mit Hilfe von IFN-g ELISpots keine Beeinflussungrnder Funktion als APCs von Nanopartikel-beladenen DCs beobachtet werden. In den in vivo Untersuchungen zeigten alle vier Partikel eine konstante Zirkulation imrnOrganismus und konnten bis 96 h nach Applikation nachgewiesen werden. Alle Partikel konnten primär in der Leber detektiert werden, wobei der unfunktionalisierte, mit Lutensol AT50 hergestelle Partikel das weiteste Verbreitungsmuster zeigte. Erste Versuche im humanisierten Mausmodell zeigten keine Beeinflussung der Verteilung und Kinetik von Nanopartikeln durch die humane Hämatopoese. Mit dem in dieser Arbeit etablierten humanisierten Mausmodell ist es möglich, die Entwicklung, Differenzierung, Aktivierung und Funktionalität humaner DCs in vivo zu untersuchen. Darüber hinaus kann das gezielte Adressieren von DCs in vivo analysiert werden, was sowohl die Möglichkeit der Manipulation von DCs zur Vermeidung einer akuten GvHD bietet als auch Verwendung in anderen DC-vermittelten Therapien (z.B.Vakzinationsstudien) findet.

Etablierung eines Triple-Kultur-Modells der oberen Atemwege unter Einbeziehung immunkompetenter Zellen

Organophosphate können chronische Lungenerkrankungen und Vergiftungen hervorrufen. Bei der Vergiftung erfolgt eine Immunreaktion, welche noch nicht erforscht ist. In dieser Arbeit wurden Toxizitätsstudien an dendritischen Zellen und einem bronchialen Triple-Kultur-Modell durchgeführt. Dendritische Zellen spielen bei der ersten Immunabwehr in der Lunge eine große Rolle. Aus der Zell-Linie THP-1 und primären Monozyten wurden reife dendritische Zellen differenziert und mittels Durchflusszytometrie und Immunfluoreszenz auf spezifische Zellmarker, wie zum Beispiel CD11c, CD83 oder auch CD209, charakterisiert und etabliert. Durch die Vergiftung der Zellen mit Dimethoat und Chlorpyrifos konnte eine Erhöhung des Zelltodes, die Sekretion von proinflammatorischen Mediatoren, Veränderungen in der Morphologie der Zellen und ein Effekt auf den Proteinkinase-Signalweg festgestellt werden. Spezifische dendritische Zellmarker (CD83, CD209) wurden inhibiert und die Dendriten der Dendritischen Zellen kürzer und beschädigt. Die Schädigung von Chlorpyrifos war erheblich größer, als die bei Dimethoat.rnDie weiteren Toxizitätsstudien wurden an einem bronchialen Triple-Kultur-Modell durchgeführt. Hierzu wurden auf Transwell-Filtermembranen bronchiale Epithelzellen, Fibroblastenzellen und Dendritische Zellen verwendet. Die bronchialen Epithelzellen und Fibroblastenzellen waren hier physiologisch voneinander getrennt, konnten aber durch Poren in der Membran miteinander interagieren. Die Etablierung des Triple-Kultur-Modells erfolgte durch die Untersuchung von Entzündungsprozessen, durch Stimulation mit LPS, TNF-alpha und Interferon-gamma. In der Ko-Kultur konnten Zell-Zell-Kontakt Schädigungen und Erhöhung von proinflammatorischen Markern, wie zum Beispiel IL-1ß, IL-6 oder auch IL-8 gemessen werden. Versuche in der Triple-Kultur zeigten den positiven Effekt von Dendritischen Zellen. Bei höheren Konzentrationsbereichen von Dimethoat und Chlorpyrifos konnte ein Wandern der Zellen zu den geschädigten Zell-Zell-Kontakten nachgewiesen werden. Die Ausschüttung der proinflammatorischen Mediatoren wurde inhibiert, vor allem bei IL-10 war eine deutliche Reduktion, um mehr als 70% messbar. Ebenso konnten Veränderungen in dem Apoptose-Signalblick festgestellt werden. Vor allem anti-apoptotische Proteine wurden nach einer Vergiftung der Triple-Kultur induziert. Interventionsstudien mit Vitamin C zeigten allerdings keinen positiven Effekt.

Induktion tolerogener dendritischer Zellen zur Suppression von experimenteller autoimmuner Enzephalomyelitis und Kontaktallergie

Dendritische Zellen (DC) spielen als professionelle antigenpräsentierende Zellen (APC) eine zentrale Rolle in der Aktivierung und Regulierung antigenspezifischer Immunantworten. Aus diesem Grund wird der therapeutische Einsatz von DC zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien sowie zur Tumorbekämpfung erforscht. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit untersuchten wir das Potenzial einer biolistischen DNA-Vakzinierung zur Induktion tolerogener DC in vivo. Im Tiermodell der Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein Peptid 35-55 (MOGp35-55) induzierten experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) sollte mittels präventiver biolistischer Kovakzinierung von Plasmid-DNA kodierend für MOG und die immunregulatorischen Zytokine TGFβ oder IL-10 eine protektive Immunität induziert werden. Die MOG-Expression stand dabei entweder unter der Kontrolle des ubiquitär aktiven CMV-Promotors oder des murinen Fascin-Promotors, um eine ektopische MOG-Expression spezifisch in dermalen DC und Langerhanszellen zu erreichen. Dass MOGp35-55-präsentierende DC nach biolistischer DNA-Vakzinierung von der Haut in die drainierenden Lymphknoten migrieren und dort T-Zellen aktivieren, konnte im Vorfeld anhand einer substanziellen Proliferation von MOGp35-55-reaktiven 2D2 T-Zellen nachgewiesen werden. Im präventiven Ansatz der MOGp35-55-induzierten EAE zeigten Mäuse, die mit MOG-kodierenden Plasmiden biolistisch transfiziert wurden, eine leicht reduzierte EAE-Symptomatik. Die Kotransfektion von MOG und TGFβ führte zu einer Verstärkung der EAE-Suppression – unabhängig davon, ob die MOG-Expression unter der Kontrolle des CMV- oder des Fascin-Promotors stand. Interessanterweise resultierte die Koapplikation von MOG- und IL-10-kodierender Plasmid-DNA nur bei DC-fokussierter MOG-Expression zu reduzierter EAE-Symptomatik. Für biolistische DNA-Vakzinierungen stellt somit der Fascin-Promotor eine potente Alternative zu viralen Promotoren dar. Entsprechend der milderen EAE-Symptome beobachteten wir bei behandelten EAE-Mäusen einen geringeren Grad an Demyelinisierung sowie eine reduzierte Infiltration des ZNS mit IFNγ-produzierenden CD4+ Th1- und IL-17-produzierenden CD4+ Th17-Zellen. Desweiteren zeigten Milzzellen ex vivo nach MOGp35-55-Restimulation eine inhibierte Proliferation und eine signifikant reduzierte IFNγ- und IL-17-Zytokinproduktion. Überraschenderweise ging die antigenspezifische Immunsuppression nicht mit der Expansion von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen einher. Da die Milzen aber erhöhte Mengen an CD8+IFNγ+ T-Zellen aufweisen, könnte ein zytotoxisch-suppressiver Mechanismus für die Inhibition der Th1- und Th17-Immunantwort verantwortlich sein. Nachfolgende Untersuchungen sind notwendig, um die induzierten immunologischen Mechansimen mittels biolistischer DNA-Vakzinierung aufzuklären. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Generierung von tolerogenen DC in vitro. Dafür wurden murine Knochenmarkszellen unter DC-differenzierenden Bedingungen in Gegenwart des synthetischen Glucocorticoids Dexamethason (DEX) kultiviert. Die DEX-Zugabe führte zur Differenzierung von APC mit geringer CD11c-Expression. DEX-APC waren in vitro weitestgehend gegen LPS stimulierungsresistent und zeigten eine reduzierte Expression von MHC-II und den kostimulatorischen Molekülen CD80, CD86 und CD40. Ihrem tolerogenen Phänotyp entsprechend besaßen DEX-APC ein geringeres syngenes T-Zellstimulierungspotenzial als unbehandelte BM-DC. Anhand der erhöhten Oberflächenexpression von CD11b, GR1 und F4/80 besteht eine phänotypische Ähnlichkeit zu myeloiden Suppressorzellen. Die Fähigkeit von DEX-APC in vivo antigenspezifische Toleranz zu induzieren, wurde durch einen therapeutischen Ansatz im murinen Krankheitsmodell der Kontaktallergie überprüft. Die therapeutische Applikation von DEX-APC führte hierbei im Vergleich zur Applikation von PBS oder unbehandelten BM-DC zu einer signifikant reduzierten Ohrschwellungsreaktion. Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse dieser Arbeit, dass potente tolerogene DC sowohl in vivo als auch in vitro induziert werden können. Dass diese Zellpopulation effektiv antigenspezifische Immunreaktionen supprimieren kann, macht sie zu einem vielversprechenden Werkzeug in der Behandlung von Autoimmunerkrankungen und Allergien.rn

Monocyte differentiation toward regulatory dendritic cells is not affected by respiratory syncytial virus-induced inflammatory mediators

Airway epithelial cells were shown to drive the differentiation of monocytes into dendritic cells (DCs) with a suppressive phenotype. In this study, we investigated the impact of virus-induced inflammatory mediator production on the development of DCs. Monocyte differentiation into functional DCs, as reflected by the expression of CD11c, CD123, BDCA-4, and DC-SIGN and the capacity to activate T cells, was similar for respiratory syncytial virus (RSV)-infected and mock-infected BEAS-2B and A549 cells. RSV-conditioned culture media resulted in a partially mature DC phenotype, but failed to up-regulate CD80, CD83, CD86, and CCR7, and failed to release proinflammatory mediators upon Toll-like receptor (TLR) triggering. Nevertheless, these DCs were able to maintain an antiviral response by the release of Type I IFN. Collectively, these data indicate that the airway epithelium maintains an important suppressive DC phenotype under the inflammatory conditions induced by infection with RSV.

TNFα inhibits the development of osteoclasts through osteoblast-derived GM-CSF

Inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor-alpha (TNFα) are potent stimulators of osteoclast formation and bone resorption and are frequently associated with pathologic bone metabolism. The cytokine exerts specific effects on its target cells and constitutes a part of the cellular microenvironment. Previously, TNFα was demonstrated to inhibit the development of osteoclasts in vitro via an osteoblast-mediated pathway. In the present study, the molecular mechanisms of the inhibition of osteoclastogenesis were investigated in co-cultures of osteoblasts and bone marrow cells (BMC) and in cultures of macrophage-colony stimulating factor (M-CSF) dependent, non-adherent osteoclast progenitor cells (OPC) grown with M-CSF and receptor activator of NF-κB ligand (RANKL). Granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF), a known inhibitor of osteoclastogenesis was found to be induced in osteoblasts treated with TNFα and the secreted protein accumulated in the supernatant. Dexamethasone (Dex), an anti-inflammatory steroid, caused a decrease in GM-CSF expression, leading to partial recovery of osteoclast formation. Flow cytometry analysis revealed that in cultures of OPC, supplemented with 10% conditioned medium (CM) from osteoblasts treated with TNFα/1,25(OH)(2)D(3), expression of RANK and CD11c was suppressed. The decrease in RANK expression may be explained by the finding, that GM-CSF and the CM from wt osteoblasts were found to suppress the expression of c-Fos, Fra-1, and Nfatc-1. The failure of OPC to develop into CD11c(+) dendritic cells suggests that cell development is not deviated to an alternative differentiation pathway, but rather, that the monocytes are maintained in an undifferentiated, F4/80(+), state. The data further implies possible interactions among inflammatory cytokines. GM-CSF induced by TNFα acts on early hematopoietic precursors, inhibiting osteoclastogenesis while acting as the growth factor for M-CSF independent inflammatory macrophages. These in turn may condition a microenvironment enhancing osteoclast differentiation and bone resorption upon migration of the OPC from circulation to the bone/bone marrow compartment.

Comparative analysis of canine monocyte- and bone-marrow-derived dendritic cells

Dendritic cells (DC) represent a heterogeneous cell family of major importance for innate immune responses against pathogens and antigen presentation during infection, cancer, allergy and autoimmunity. The aim of the present study was to characterize canine DC generated in vitro with respect to their phenotype, responsiveness to toll-like receptor (TLR) ligands and T-cell stimulatory capacity. DC were derived from monocytes (MoDC) and from bone marrow hematopoietic cells cultured with either Flt3-ligand (FL-BMDC) or with GM-CSF (GM-BMDC). All three methods generated cells with typical DC morphology that expressed CD1c, CD11c and CD14, similar to macrophages. However, CD40 was only found on DC, CD206 on MPhi and BMDC, but not on monocytes and MoDC. CD1c was not found on monocytes but on all in vitro differentiated cells. FL-BMDC and GM-BMDC were partially positive for CD4 and CD8. CD45RA was expressed on a subset of FL-BMDC but not on MoDC and GM-BMDC. MoDC and FL-DC responded well to TLR ligands including poly-IC (TLR2), Pam3Cys (TLR3), LPS (TLR4) and imiquimod (TLR7) by up-regulating MHC II and CD86. The generated DC and MPhi showed a stimulatory capacity for lymphocytes, which increased upon maturation with LPS. Taken together, our results are the basis for further characterization of canine DC subsets with respect to their role in inflammation and immune responses.

Characterization of canine dendritic cells in healthy, atopic, and non-allergic inflamed skin

Atopic dermatitis in humans and dogs is a chronic relapsing allergic skin disease. Dogs show a spontaneous disease similar to the human counterpart and represent a model to improve our understanding of the immunological mechanisms, the pathogenesis of the disease, and new therapy development. The aim of the study was to determine the frequency and phenotype of dendritic cells (DC) in the epidermis and dermis of healthy, canine atopic dermatitis lesional, and non-allergic inflammatory skin to further validate the model and to obtain insights into the contribution of DC to the pathogenesis of skin diseases in dogs. We first characterized canine skin DC using flow-cytometric analysis of isolated skin DC combined with an immunohistochemical approach. A major population of canine skin dendritic cells was identified as CD1c(+)CD11c(+)CD14(-)CD80(+)MHCII(+)MAC387(-) cells, with dermal DC but not Langerhans cells expressing CD11b. In the epidermis of lesional canine atopic dermatitis and non-allergic inflammatory skin, we found significantly more dendritic cells compared with nonlesional and control skin. Only in canine atopic dermatitis skin did we find a subset of dendritic cells positive for IgE, in the epidermis and the dermis. Under all inflammatory conditions, dermal dendritic cells expressed more CD14 and CD206. MAC387(+) putative macrophages were absent in healthy but present in inflamed skin, in particular during non-allergic diseases. This study permits a phenotypic identification and differentiation of canine skin dendritic cells and has identified markers and changes in dendritic cells and macrophage populations related to allergic and non-allergic inflammatory conditions. Our data suggest the participation of dendritic cells in the pathogenesis of canine atopic dermatitis similar to human atopic dermatitis and further validate the only non-murine spontaneous animal model for this disease.

Efalizumab-associated papular psoriasis

BACKGROUND: Efalizumab is a human anti-CD11a monoclonal antibody used in the treatment of patients with moderate to severe plaque psoriasis. Some of the patients develop new papular lesions during treatment, which are predominantly located in the flexural regions. OBSERVATION: Four patients with recalcitrant psoriasis undergoing treatment with efalizumab presented with erythematous, partly scaly papules and small plaques on previously unaffected areas after 4 to 10 weeks of efalizumab therapy. Tissue sections of biopsy specimens were stained with hematoxylin-eosin, and immunohistochemical staining was performed using monoclonal antibodies against CD3, CD4, CD8, T-cell-restricted intracellular antigen 1, granzyme B, neutrophil elastase, CD68, CD1a, CD11c, HLA-DR, CD25, CD20, and CD56. Histopathological and immunohistochemical examination of the lesions showed features consistent with psoriasis and activation of various leukocyte subtypes including T cells, dendritic cells, macrophages, and neutrophils. CONCLUSIONS: Papular eruptions appearing during efalizumab therapy represent new psoriatic lesions and could be referred to as efalizumab-associated papular psoriasis (EAPP). They usually do not necessitate termination of efalizumab therapy and may optionally be treated with topical corticosteroids. Dermatologists should be aware of these lesions and inform their patients accordingly.

Increased expression of IL-12p70 and IL-23 by multiple dendritic cell and macrophage subsets in plaque psoriasis

BACKGROUND: Psoriasis is a chronic immune-mediated skin disease, in which interleukins 12 and 23 have been postulated to play a critical role. However, the cellular source of these cytokines in psoriatic lesions are still poorly defined and their relative contribution in inducing skin inflammation has been discussed controversially. OBJECTIVES: To investigate immunoreactivity of the bioactive forms of IL-12 and IL-23 in plaque psoriasis and to characterize the dendritic cell (DC) and macrophage subsets responsible for the production of these cytokines. METHODS: Immunohistochemistry was performed on normal skin (n=11) as well as non-lesional (n=11) and lesional (n=11) skin of patients with plaque psoriasis using monoclonal antibodies targeting the bioactive forms of IL-12 (IL-12p70) and IL-23 (IL-23p19/p40) on serial cryostat sections using the alkaline phosphatase-antialkaline phosphatase. Co-localization of IL-12 and IL-23 with different dendritic cells and macrophage cell markers (CD1a, CD11c, CD14, CD32, CD68, CD163, CD208/DC-LAMP) was performed using double immunofluorescence staining. RESULTS: Immunoreactivity for IL-12 and IL-23 was significantly enhanced in lesional psoriatic skin as compared to non-lesional and normal skin. No difference was observed between IL-12 and IL-23 immunoreactivity in any skin types. Both IL-12 and IL-23 immunoreactivity was readily detected mainly in CD11c+, CD14+, CD32+, CD68+ and some CD163+, DC-LAMP+ cells. IL-12 and occasionally IL-23 were also found in some CD1a+ dendritic cells. In addition, an enhanced expression mainly of IL-23 was observed in keratinocytes. CONCLUSIONS: Bioactive forms of IL-12 and IL-23 are highly expressed in various DC and macrophage subsets and their marked in situ production suggest that both cytokines have crucial pathogenic role in psoriasis.

Isolation of myeloid dendritic cells and epithelial cells from human thymus

In this protocol we provide a method to isolate dendritic cells (DC) and epithelial cells (TEC) from the human thymus. DC and TEC are the major antigen presenting cell (APC) types found in a normal thymus and it is well established that they play distinct roles during thymic selection. These cells are localized in distinct microenvironments in the thymus and each APC type makes up only a minor population of cells. To further understand the biology of these cell types, characterization of these cell populations is highly desirable but due to their low frequency, isolation of any of these cell types requires an efficient and reproducible procedure. This protocol details a method to obtain cells suitable for characterization of diverse cellular properties. Thymic tissue is mechanically disrupted and after different steps of enzymatic digestion, the resulting cell suspension is enriched using a Percoll density centrifugation step. For isolation of myeloid DC (CD11c(+)), cells from the low-density fraction (LDF) are immunoselected by magnetic cell sorting. Enrichment of TEC populations (mTEC, cTEC) is achieved by depletion of hematopoietic (CD45(hi)) cells from the low-density Percoll cell fraction allowing their subsequent isolation via fluorescence activated cell sorting (FACS) using specific cell markers. The isolated cells can be used for different downstream applications.

Size-dependent accumulation of particles in lysosomes modulates dendritic cell function through impaired antigen degradation.

INTRODUCTION Nanosized particles may enable therapeutic modulation of immune responses by targeting dendritic cell (DC) networks in accessible organs such as the lung. To date, however, the effects of nanoparticles on DC function and downstream immune responses remain poorly understood. METHODS Bone marrow-derived DCs (BMDCs) were exposed in vitro to 20 or 1,000 nm polystyrene (PS) particles. Particle uptake kinetics, cell surface marker expression, soluble protein antigen uptake and degradation, as well as in vitro CD4(+) T-cell proliferation and cytokine production were analyzed by flow cytometry. In addition, co-localization of particles within the lysosomal compartment, lysosomal permeability, and endoplasmic reticulum stress were analyzed. RESULTS The frequency of PS particle-positive CD11c(+)/CD11b(+) BMDCs reached an early plateau after 20 minutes and was significantly higher for 20 nm than for 1,000 nm PS particles at all time-points analyzed. PS particles did not alter cell viability or modify expression of the surface markers CD11b, CD11c, MHC class II, CD40, and CD86. Although particle exposure did not modulate antigen uptake, 20 nm PS particles decreased the capacity of BMDCs to degrade soluble antigen, without affecting their ability to induce antigen-specific CD4(+) T-cell proliferation. Co-localization studies between PS particles and lysosomes using laser scanning confocal microscopy detected a significantly higher frequency of co-localized 20 nm particles as compared with their 1,000 nm counterparts. Neither size of PS particle caused lysosomal leakage, expression of endoplasmic reticulum stress gene markers, or changes in cytokines profiles. CONCLUSION These data indicate that although supposedly inert PS nanoparticles did not induce DC activation or alteration in CD4(+) T-cell stimulating capacity, 20 nm (but not 1,000 nm) PS particles may reduce antigen degradation through interference in the lysosomal compartment. These findings emphasize the importance of performing in-depth analysis of DC function when developing novel approaches for immune modulation with nanoparticles.

Microbe sampling by mucosal dendritic cells is a discrete, MyD88-independent step in DeltainvG S. Typhimurium colitis.

Intestinal dendritic cells (DCs) are believed to sample and present commensal bacteria to the gut-associated immune system to maintain immune homeostasis. How antigen sampling pathways handle intestinal pathogens remains elusive. We present a murine colitogenic Salmonella infection model that is highly dependent on DCs. Conditional DC depletion experiments revealed that intestinal virulence of S. Typhimurium SL1344 DeltainvG mutant lacking a functional type 3 secretion system-1 (DeltainvG)critically required DCs for invasion across the epithelium. The DC-dependency was limited to the early phase of infection when bacteria colocalized with CD11c(+)CX3CR1(+) mucosal DCs. At later stages, the bacteria became associated with other (CD11c(-)CX3CR1(-)) lamina propria cells, DC depletion no longer attenuated the pathology, and a MyD88-dependent mucosal inflammation was initiated. Using bone marrow chimeric mice, we showed that the MyD88 signaling within hematopoietic cells, which are distinct from DCs, was required and sufficient for induction of the colitis. Moreover, MyD88-deficient DCs supported transepithelial uptake of the bacteria and the induction of MyD88-dependent colitis. These results establish that pathogen sampling by DCs is a discrete, and MyD88-independent, step during the initiation of a mucosal innate immune response to bacterial infection in vivo.

The Salmonella pathogenicity island (SPI)-2 and SPI-1 type III secretion systems allow Salmonella serovar typhimurium to trigger colitis via MyD88-dependent and MyD88-independent mechanisms.

Salmonella typhimurium can colonize the gut, invade intestinal tissues, and cause enterocolitis. In vitro studies suggest different mechanisms leading to mucosal inflammation, including 1) direct modulation of proinflammatory signaling by bacterial type III effector proteins and 2) disruption or penetration of the intestinal epithelium so that penetrating bacteria or bacterial products can trigger innate immunity (i.e., TLR signaling). We studied these mechanisms in vivo using streptomycin-pretreated wild-type and knockout mice including MyD88(-/-) animals lacking an adaptor molecule required for signaling via most TLRs. The Salmonella SPI-1 and the SPI-2 type III secretion systems (TTSS) contributed to inflammation. Mutants that retain only a functional SPI-1 (M556; sseD::aphT) or a SPI-2 TTSS (SB161; DeltainvG) caused attenuated colitis, which reflected distinct aspects of the colitis caused by wild-type S. typhimurium: M556 caused diffuse cecal inflammation that did not require MyD88 signaling. In contrast, SB161 induced focal mucosal inflammation requiring MyD88. M556 but not SB161 was found in intestinal epithelial cells. In the lamina propria, M556 and SB161 appeared to reside in different leukocyte cell populations as indicated by differential CD11c staining. Only the SPI-2-dependent inflammatory pathway required aroA-dependent intracellular growth. Thus, S. typhimurium can use two independent mechanisms to elicit colitis in vivo: SPI-1-dependent and MyD88-independent signaling to epithelial cells and SPI-2-dependent intracellular proliferation in the lamina propria triggering MyD88-dependent innate immune responses.