Expression and activity of intracellular pattern recognition receptors in dendritic cell subsets and their role in anti-viral immunity  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101538
Type NK
Principal investigator Rajnavölgyi, Éva
Title in Hungarian Sejten belüli mintázatfelismerő receptorok kifejeződése és aktivitása dendritikus sejt altípusokban és szerepük a vírusellenes immunitásban
Title in English Expression and activity of intracellular pattern recognition receptors in dendritic cell subsets and their role in anti-viral immunity
Keywords in Hungarian dendritikus sejt, RIG-, Toll-, NOD-szerű receptorok, vírus
Keywords in English dendritic cell, RIG-, Toll-, NOD-like receptors, virus
Discipline
Biological basis of immunity related disorders (e.g. autoimmunity) (Council of Medical and Biological Sciences)60 %
Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent Department of Immunology (University of Debrecen)
Participants Bácsi, Attila
Bacskai, Ildikó
Fekete, Tünde
Gogolák, Péter
Gregus, Andrea
Lányi, Árpád
Szabó, Attila
Veréb, Zoltán
Starting date 2012-01-01
Closing date 2015-03-31
Funding (in million HUF) 68.823
FTE (full time equivalent) 6.53
state closed project
Summary in Hungarian
A1. Összefoglalás
A dendritikus sejtek (DS) az immunválasz fontos szabályozói. Őrszemként működve a kórokozókat konzervált mintázat felismerő receptoraikkal (PRR) érzékelik. A felismerést követően a DS-ek a patogéneket bekebelezik és a feldolgozott antigéneket a T-sejtek számára bemutatják. A DS-biológiai kutatások azt igazolták, hogy a „dendritikus” sejt kifejezés különböző tulajdonságú és speciális funkciójú sejttípust takar. A pályázat célja az intracelluláris RIG-, Toll- és NOD-szerű vírusérzékelő receptorok által kiváltott jelátviteli útvonalak vizsgálata monocita-eredetű DS (moDS) altípusokban. Ezeknek a jelpályáknak a megoszlását, aktivitását és funkcionális együttműködését az útvonalak tagjainak RNS interferencia segítségével történő kiiktatásával vizsgáljuk. A jelátviteli pályákat a direkt kölcsönhatás, a szabályozás, a reaktív oxigén gyökök mitokondriális képződése szintjén CD1a+ és CD1a- DS altípusokban és plazmacitoid DS-ekben tanulmányozzuk. Az új I. típusú IFNλ, mint a vírus ellenes immunválasz DS altípusok általi szabályozásában lehetséges összekötő kapocs került előtérbe. A vizsgálatok a gazdaszervezet-mikróba kölcsönhatások új lehetőségeire derítenek fényt és jelentőségűk van a PRR-alapú megelőző és immunomodulációs vírus- és tumor ellenes oltóanyagok tervezésében, fejlesztésében.

A2. A kutatás alapkérdése
A vírusok genetikai állományának felismerésében intracelluláris PRR-ok vesznek részt. A TLR-3,7,8,9 kifejeződése függ a sejt típusától, működésük az NF-κB útvonalhoz kötött. Az NLR család fehérjéi és a RIG-I, MDA5 RLR-ok sokféle sejtben fejeződnek ki. A DS-ek fő típusai, a plazmacitoid (pDS) és a konvencionális (cDS) DS-ek eltérő PRR mintázattal jellemezhetők. Vizsgálatainkban azt tanulmányozzuk, hogy ezek a receptorok, az aktivált jelpályák, és az eltérő altípusú DS sejtek hogyan kommunikálnak egymással. Ez különösen azokban az esetekben érdekes, ahol ugyanabban a sejtben két receptor egy útvonalat használ, vagy a sejtaktiváció ugyanarra eredményre vezet, illetve közös eredetű sejtekben csak az egyik altípusban jelenik meg. Ezt a TLR7/TLR9 és a RIG-I/MDA5 receptorokat kifejező pDS-ekben, és az interferon útvonalhoz kapcsolódó TLR3 és RIG-I/MDA5 szenzorokat altípus-függő módon kifejező moDS-ekben vizsgáljuk. Feltételezzük, hogy a szinergista és/vagy gátló kölcsönhatások befolyásolják a DS-ek funkcionális aktivitását.

A3. Jelentőség
A DS-ek a természetes immunválasz sejtjei, melyek eltérő fenotípusú és speciális funkcionális tulajdonságú altípusokat képviselnek. A felgyorsult vizsgálatok egyértelműen igazolták, hogy a DS-ek kiemelt szerepet játszanak a sejtek egymás közötti kommunikációjában és a természetes és szerzett immunitás koordinálásában. A különböző DS típusok közös sajátsága, hogy belső és külső jelek hatására érzékenyen reagálnak. A potenciálisan „veszélyes” molekulákat a DS-ek a sejtmembránban vagy a citoplazmában kifejeződő mintázatfelismerő receptorok (PRR) segítségével ismerik fel és konzervatív jelpályákon át továbbítják, aminek eredményeként aktiválódnak. A nyugvó DS-ek stimulációját transzkripciós változások kísérik, melyek hatására a DS-ek a nyirokszervekbe vándorolnak, kostimuláló molekulákat fejeznek ki, citokineket és kemokineket termelnek, anyagcseréjük változik és képessé válnak a naiv antigén-specifikus T-sejtek aktiválására és polarizálására. A hatékony vírus-ellenes immunválasz és hosszú távú immunológiai memória megfelelően aktivált DS-ek hiányában nem váltható ki. Ezért az eltérő DS altípusok tervezett PRR kombinációkkal történő aktivációja reális lehetőség szabályozott jelátviteli útvonalak elindítására és hatékony T-limfocita aktiválás kiváltására. Ezt a stratégiát sikeresen alkalmazzák PPR-alapú megelőző és terápiás vakcinák tervezésére és fejlesztésére. A szisztémás gyulladási folyamatokat gátló szabályozó útvonalak azonosítása lehetőséget kínál a gyulladásos és autoimmun betegségek kezelésére.

A4. A kutatás összefoglalója, célkitűzései
Az immunrendszer eltérő típusú és működésű sejtjeinek karmesterei a DS-ek. Ezek az egész testben megtalálható nyúlványos sejtek a sejtmembránban és a sejten belül is megtalálható érzékelő receptoraikkal és az oldott anyagok és részecskék felvételével folyamatosan követik környezetük változásait, amitől a DS-ek fejlődése és reakcióképessége is módosul. A környezeti molekuláris információkat a DS-ek a nyirokszervekben a végrehajtó limfocitáknak adják át, ami biztosítja a kórokozók eltávolítását. A kutatási eredmények igazolták, hogy a DS-ek különböző típusai a vírus- és tumor ellenes immunválasz során gyulladást váltanak ki és a vírus- és tumor ellenes immunválasz elindításában több érzékelő receptor is részt vesz. A projekt célja a vírusok genetikai állományát felismerő sejten belüli érzékelők aktiválódásának, együttműködésének és az általuk közvetített védelmi mechanizmusoknak tanulmányozása. Mivel az érzékelő receptorok általi jelátviteli folyamatoknak meghatározó szerepe van a védelem mozgósításában és a fertőzések okozta szövetkárosodásban és gyógyulásban, a kutatási eredmények a DS-ek működésének tervezett módosítását segíthetik, és a vírus- és tumor ellenes védelem erősítéséhez és a megelőző vagy terápiás oltóanyagok kifejlesztéséhez nyújtanak lehetőségeket.
Summary
A1. Summary
Dendritic cells (DCs) are key regulators of immune responses. Acting as sentinels they sense pathogens and their microbial products through conserved pattern recognition receptors (PRRs). Upon recognition, pathogens are internalized and the processed antigens are presented to antigen-specific T-cells. Recent advances in DC-biology revealed that the term dendritic cell covers a heterogenous cell population with distinct characteristics and specialized functions. The goal of this project is to study the signalling cascades initiated by intracellular viral sensors of the RIG-, Toll- and NOD-like families in human monocyte-derived DC subsets (moDC). Distribution, activity and the functional interplay between these pathways will be analyzed by eliminating individual or multiple members of the signaling pathways using RNA interference. The pathways will be analysed to the level of direct interaction, positive and negative regulators, mitochondrial generation of reactive oxigen species and in the CD1a-positive and CD1a-negative subsets and in plasmacytoid DCs. In addition, the recently emerging type I interferon, IFNλ will be evaluated as a potential link between DC subtypes in coordinating anti-viral responses. These experiments will shed light on new pathways induced by host-microbe interactions and have a great impact on designing and developing PRR-based preventive vaccines and immunomodulatory treatments against viruses and tumors.

A2. Research question
Recognition of virus-associated genetic material is accomplished by PPRs localized to intracellular compartments. They involve TLRs (TLR-3,7,8,9) expressed in a cell type specific manner and trigger the NF-κB pathway. Individual members of the NLR family are expressed in various combinations in many cells, whereas the RIG-I, MDA5 and LGP2 are also present in various cell types. The two major DC-types, plasmacytoid DC (pDC) and conventional DC (cDC) and two subsets of cDC display different sets of PRRs. We address the question how these receptors, the signaling cascades they initiate and different cell types of common origin may communicate. This is of particular interest when two receptors of the same cell use the same pathway or end up with similar functional outcomes, or when a receptor is expressed only in a developmentally related DC subset. These possibilities will be studied in 1) pDC expressing TLR7,9 together with RIG-I/MDA5, all acting through the type I interferon pathway, 2) in monocyte-derived DC (moDC) that express TLR3, RIG-I, MDA5, but in a subset specific manner to induce interferon. We hypothesize that in these cells synergistic and/or inhibitory interactions may occur and will determine the cell’s response and thus have functional impact on DC activities.

A3. Significance
Dendritic cells (DCs) are multifunctional components of innate immunity that involve phenotypically and functionally specialized subsets. Recent intense research in both mouse and human systems revealed that DCs play a pivotal role in cellular collaborations and in orchestrating innate and adaptive immunity. The common feature of various DC types and subsets is their capability to respond to a wide array of endogenous and exogenous signals. Potentially „dangerous” molecules are recognized by pattern recognition receptors (PRR) of DCs that signal through conserved pathways and ultimately lead to DC activation. The transition of DC from resting to an activated state results in transcriptional changes related to the migration to lymphoid tissues, expression of co-stimulatory molecules, production of cytokines, chemokines, inflammatory mediators and even metabolic changes. The unique property of activated DCs is associated to their capability to prime and polarize naive T-cells for initiating antigen-specific immune responses. It is well established that protective anti-viral and anti-tumor immune responses and long term T-cell memory can not be provoked in the absence of properly stimulated DCs. Thus targeting functionally distinct DC subsets with well designed combination of PRRs to initiate tightly controlled signaling events is a feasible approach to generate activated DCs with high potency to stimulate antigen-specific effector and/or regulatory T-lymphocytes. This strategy has successfully been utilized for the design and development of preventive and therapeutic subunit and DNA vaccines. Identification of regulatory loops involved in the control of unlimited inflammation however, can offer a tool for immunotherapy of inflammatory and autoimmune diseases.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az általunk tervezett vizsgálatok elsődleges célja a veleszületett és a szerzett immunitás szabályozásában kulcs szerepet játszó emberi mintázatfelismerő receptorok (PRR) szabályozó funkcióinak feltárása volt. Kutatásaink célpontja a vírus ellenes immunválasz során aktiválódó jelátviteli pályák feltárása és ezzel párhuzamosan a PRR-ok funkcionális együttműködésén alapuló, az immunválasz kimenetelét meghatározó sejtkölcsönhatások feltérképezése volt. Ennek keretében vizsgáltuk a RIG-I helikázok szerepét influenza virus fertőzés során és melanoma sejtekben, a pDC és cDC sejtek együttműködését, valamint az mTOR jelátviteli pálya szerepét az IRF-3 közvetítette I/III interferon válasz TBK1/MAPK általi szabályozásában. Azt is kimutattuk, hogy a károsodott sejtekből felszabaduló oxidált mtDNS TLR9 receptort kifejező sejtekben citokinek/kemokinek révén fokozza az akut/krónikus gyulladást. A parlagfű subpollen részecskék hidratációtól függő módon DC aktivációt váltanak ki, míg a cDC/pDC együttműködés a RIG-I kifejeződésének TLR7/9 általi fokozódását eredményezi. Az IC31® adjuváns hatására megemelkedett PRR-közvetített IFN szekréció a csökkent NF-κB aktiváció révén megakadályozza a gyulladásos válasz kialakulását. A sigmar-1 receptor immunválaszt moduláló hatásának leírása és a mesenchymális sztróma sejtek gátló funkcióinak mechanizmusainak feltárása új PPR-függő szabályozó útvonalak fontosságára hívják fel a figyelmet.
Results in English
The ultimate goal of our studies was to identify novel mechanisms involved in the regulation of human PRR-mediated DC functional activities known to orchestrate both innate and adaptive immunity. The focus of our research was the identification of signaling pathways that drive stimulatory and/or inhibitory mechanisms involved in viral infections in line with studying the impact of PRR collaboration on the final outcome of immune responses. In this context we studied the role of RIG-I helicases in influenza virus infection and melanoma cells, the functional interplay of pDC and cDC and the role of mTOR signaling in IRF3-mediated regulation of type I/III interferon responses through the TBK1/MAP kinase pathways. We also showed that oxidized mtDNA from damaged cells exacerbates acute/chronic inflammation via chemokines/cytokines from TLR9-expressing cells. Experiments with ragweed sub-pollen particles (SPPs) demonstrated the hydration- dependent activation of DC, while the functional cross-talk of cDC and pDC showed triggering of RIG-I expression by TLR7/9. Action of the IC31® adjuvant was characterized by a shift to PRR-mediated IFN responses balanced by low NF-κB activation supporting strong anti-viral activities. The first description of the modulatory potential of sigmar-1 and mesenchymal stromal cells revealed the importance of inhibitory mechanisms in the regulation of PRR-mediated activities of DC.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101538
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kis-Toth K, Bacskai I, Gogolak P, Mazlo A, Szatmari I, Rajnavolgyi E: Monocyte-derived dendritic cell subpopulations use different types of matrix metalloproteinases inhibited by GM6001., IMMUNOBIOLOGY 218: (11) 1361-1369, 2013
Attila Szabo, Peter Gogolak, Kitti Pazmandi, Katalin Kis-Toth, Karin Riedl, Benjamin Wizel, Karen Lingnau, Attila Bacsi, Bence Rethi, Eva Rajnavolgyi: Correction: The Two-Component Adjuvant IC31® Boosts Type I Interferon Production of Human Monocyte-Derived Dendritic Cells via Ligation of Endosomal TLRs, PLOS ONE 8: (10) , 2013
Szabo A, Rajnavolgyi E: Collaboration of Toll-like and RIG-I-like receptors in human dendritic cells: tRIGgering antiviral innate immune responses, Am J Clin Exp Immunol. 2013 Oct 16;2(3):195-207. eCollection, 2013
Csillag A, Kumar BV, Szabó K, Szilasi M, Papp Z, Szilasi ME, Pázmándi K, Boldogh I, Rajnavölgyi É, Bácsi A, László JF: Exposure to inhomogeneous static magnetic field beneficially affects allergic inflammation in a murin model., J R Soc Interface, 2014
Szabo A, Rajnavolgyi E: Finding a fairy in the forest: ELF4, a novel and critical elmeent of type I interferon responses, Cell Mol Immunol, 2014
Szabo A, Magyarics Z, Pazmandi K, Gopcsa L, Rajnavolgyi E, Bacsi A.: TLR ligands upregulate RIG-I expression in human plasmacytoid dendritic cells in a type I IFN-independent manner., Immunol Cell Biol. 92(8):671-8, 2014
Attila Szabo, Attila Kovacs, Ede Frecska, Eva Rajnavolgyi: Psychedelic N,N-dimethyltryptamine and 5-methoxy-N,N-dimethyltryptamine modulate innate and adaptive inflammatory responses through the sigma-1 receptor of human monocyte-derived dendritic cells., PLOS ONE 9: (8) , 2014
Fekete T, Pazmandi K, Szabo A, Bacsi A, Koncz G, Rajnavolgyi E: The antiviral immune response in human conventional dendritic cells is controlled by the mammalian target of rapamycin, J LEUKOCYTE BIOL 96: (4) 579-589, 2014
Pazmandi K, Agod Z, Kumar BV, Szabo A, Fekete T, Sogor V, Vers A, Boldog I, Rajnavolgyi E, Lanyi A, Bacsi A: Oxidatice modification enhances the immunostimulatory effects of extracellular mitochondrial DNA on plasmacytoid dendritic cells, Free Radic Biol Med 2014 77:281-290, 2014
Bacskai I, Mazlo A, Kis-Toth K, Szabo A, Panyi G, Sarkadi B, Apati A, Rajnavolgyi E: Mesenchymal stromal cell-like cells set the balance of stimulatory and inhibitory signals in monocyte-derived dendritic cells, Stem Cells Dev, 2015
Szabó A, Bene K, Gogolák P, Réthi B, Lányi Á, Jankovich I, Dezső B, Rajnavölgyi E.: RLR-mediated production of interferon-β by a human dendritic cell subset and its role in virus-specific immunity, J Leukoc Biol 2012 Jul;92(1):159-69., 2012
Szabo A, Osman RM, Bacskai I, Kumar BV, Agod Z, Lanyi A, Gogolak P, Rajnavolgyi E.: Temporally designed treatment of melanoma cells by ATRA and polyI: C results in enhanced chemokine and IFNβ secretion controlled differently by TLR3 and MDA5, Melanoma Res. 2012 Oct;22(5):351-61, 2012
Koncz G, Hancz A, Chakrabandhu K, Gogolák P, Kerekes K, Rajnavölgyi E, Hueber AO: Vesicles released by activated T cells induce both Fas-mediated RIP-dependent apoptotic and Fas-independent nonapoptotic cell deaths, J Immunol. 2012 Sep 15;189(6):2815-23, 2012
Pazmandi K, Kumar BV, Szabo K, Boldogh I, Szoor A, Vereb G, Veres A, Lanyi A, Rajnavolgyi E, Bacsi A: Ragweed subpollen particles of respirable size activate human dendritic cells, PLoS One. 2012;7(12):e52085, 2012



Back »