Exploration of diversity in the expression pattern and functional properties of CR3 and CR4 complement receptors on dendritic cells  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
104838
Type K
Principal investigator Bajtay, Zsuzsa
Title in Hungarian CR3 és CR4 komplementreceptorok expressziós és funkcionális különbözőségeinek feltárása dendritikus sejteken
Title in English Exploration of diversity in the expression pattern and functional properties of CR3 and CR4 complement receptors on dendritic cells
Keywords in Hungarian komplementrendszer, β2 integrin, dendritikus sejt
Keywords in English complement, β2 integrin, dendritic cell
Discipline
Immunology (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Immunology
Panel Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent Department of Immunology (Eötvös Loránd University)
Participants Prechl, József
Sándor, Noémi
Starting date 2012-09-01
Closing date 2017-08-31
Funding (in million HUF) 36.202
FTE (full time equivalent) 3.50
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A C3 komplementfehérje eredetű fragmentumok kapcsolódása az antigénhez lehetővé teszi annak kötődését a komplementreceptorokat (CR) hordozó sejtekhez. A β2-integrinek családjába tartozó CR3 és CR4 komplementreceptorok kifejeződnek dendritikus sejteken (DC), makrofágokon és neutrofil granulocitákon. Ezen receptorok extracelluláris domén hasonlósága igen nagy; 87 %. A CR3 (CD11b/CD18) és CR4 (CD11c/CD18) receptorok ligandumai hasonlóak, fő ligandumuk az iC3b fragmentum. A receptorok eltérő szerkezetű intracelluláris doménjei lényeges funkcionális különbözőségre utalnak. A CR3 legfontosabb szerepe az iC3b által opszonizált patogének megkötése és fagocitózisa. A CR3 deficienciája a veleszületett immunválasz komoly zavarát okozza.
A vizsgálatok túlnyomórészt a CD11b-vel foglakoznak, ezekben a természetes ligandumot, az iC3b-t használják, ami a CR3-hoz és a CR4-hez egyaránt kötődik, ennélfogva nem különíthető el a kétféle receptor hatása. Előkísérleteink eredményei szerint a monocita eredetű emberi DC-k C3 komplementfehérje-függő fagocitózisa elsősorban a CR3 közvetítésével valósul meg.
A CD11c molekula a mieloid sejtek markereként ismert. A CR4 szerepe kevéssé jellemzett, DC-k funkciójára gyakorolt hatásáról keveset tudunk. Munkánk célja az, hogy meghatározzuk a CD11b és CD11c expresszióját és specifikus szerepét egér és emberi DC-k esetében.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.

A legtöbb CD11b/CD18 (CR3) és CD11c/CD18 (CR4) funkcióra vonatkozó ismeretünk egér eredetű sejtek vizsgálatából százmazik. Ezeknek a molekuláknak a pontos működése dendritikus sejtek (DC) esetében nem ismert.
A CR3 és CR4 kifejeződésének és funkciójának különbségeit emberi eredetű sejteken elsőként szeretnénk feltárni.
Szeretnénk megválaszolni a kérdést: mi a specifikus szerepe a CD11b és a CD11c molekulának dendritikus sejtek esetében? Vizsgálni fogjuk ezeknek a molekuláknak a jelentőségét CD11b illetve CD11c géncsendesített monocita eredetű emberi DC-kben. Tervezzük meghatározni a CD11c specifikus szerepét egér rendszerben is, CD11b KO egerek csontvelői eredetű DC-iben.
Tisztázni szeretnénk, hogy melyek azok a sejtfunkciók amelyeket a CR3 vagy CR4 receptorok befolyásolnak. Ennek érdekében vizsgáljuk az aktivált sejtek adherencia képességét, endicitótikus aktivitását és citokin szekrécióját. A CD11b illetve CD11c közvetített módon aktivált sejtek citokin termelésének típusát – Th1, Th2 - szintén vizsgáljuk.
Meghatározzuk a CR3 és CR4 szerepét a CD11b vagy CD11c közvetítésével aktivált humán és egér DC-k T-sejt aktiváló képességének mérésével. Ezen vizsgálatok elvégzése után képesek leszünk arra, hogy megválaszoljuk a kérdést; mi a pontos, egymástól eltérő funkciója a CD11b és CD11c molekuláknak DC-ken.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!

A visszatérő fertőzésekkel járó leukocyte adhesion deficiency (LAD) betegség fefedezésével a β2-integrinek az érdeklődés középponjába kerültek. A leukocyte adhesion deficiency type I (LADI) betegek esetében a CD18 génjében mutatciót azonosítottak, ami a sejtfelszíni CD11/CD18 integrinek súlyos vagy teljes funkció károsodásához vezet. Az álláb kialakulása során szintén fontos szerepet kap a β2-integrinek átrendeződése, ami a Wiskott Aldrich Syndrome protein (WASp) hiányában a WAS betegek esetében nem megy végbe.
Számos tanulmány igazolja, hogy a (CD11b/CD18) és a CR4 (CD11c/CD18) receptorok nem csak az effektor funkciókban, hanem az adaptív immunválasz stimulálásában is fontos szerepet. Ebben a folyamatban a DC-n kifejeződő receptorok pontos szerepét nem jellemezték.
A CD11b funkciót vizsgáló tanulmányokban általában az iC3b természetes ligandummal aktiválják a sejteket, ami CR3-hoz és CR4-hez egyaránt kötődik így a receptor specifikus hatások átfednek. Ezidáig a CD11c humán mieloid marker molekula specifikus műkődését nem sikerült meghatározni. Tecnikai nehézséget jelent az is, hogy a CD11b és CD11c molekula egyidőben fejeződik ki, ugyanazon a sejten. Ígéretesnek tünne specifikus ellenanyaggal keresztkötve vizsgálni a CR4 közvetített funkciókat. Ennek az az akadálya, hogy nincs megfelelő, a ligandum-kötőhellyel reagáló ellenanyag. Mindezen problémák ellenére egyre nagyobb az érdeklődés a CD11c funkciójának feltárására iránt. Célunk ez említett folyamatok minél részletesebb megértése, hogy eredményeinkkel megvilágítsuk a CR4 és CR3 egyedi funkcióit.
A CD11b KO egerek tanulmányozása lehetőséget kínál a CD11c pontos szerepének meghatározásához. Továbbá CD11b illetve CD11c géncsendesített humán DC-k használatával tisztázhatjuk a másik receptor pontos funkcióját. Az egér és humán rendszerben kapott eredmények összehasonlításával lehetőségünk lesz tisztáni az esetleges különbségeket a két faj között. A CR3 és a CR4 funkcióinak minél jobb megértése segíthet a CD11b és CD11c receptorokat célzó új DC-alapú terápia kifejlesztésében, amely autoimmun betegségek kezelésében és vaccina tervezésében nyújt lehetőséget.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média illetve az adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A dendritikus sejtek az immunválasz fontos sejtes résztvevőit képezik. Ezek a sejtek karmesterei számos kulcsfontosságú veleszületett immunfolyamatnak. A dendritikus sejteket Ralph Steinman fedezte fel, akit ezért élettudományi Nobel díjjal jutalmaztak 2011-ben.
A komplementrendszer szintén fontos eleme az immunrendszernek. A komplementrendszer központi eleme a C3 fehérje, ami a különböző immunsejtek – pl. dendritikus sejtek - felszínén jelenlévő komplementreceptorokhoz tud kötődni. Ezeknek a receptoroknak a deficienciája súlyos zavart okoz az immunológia védekezésben. Ezen receptorok bizonyos funkciói dendritikus sejteken nem ismertek.
Célunk, ezeknek a receptoroknak a szerepét minél részletesebben feltárni. Előzetes kísérleti eredményeink szerint, ezek a receptorok a C3 fragmentumokat megkötve aktiválódnak, ami fokozza a dendritikus sejtek védekező működését. A CR3 és a CR4 funkcióinak minél jobb megértése segíthet a CD11b és CD11c receptorokat célzó új DC-alapú terápia kifejlesztésében, amely autoimmun betegségek kezelésében és vaccina tervezésében nyújt lehetőséget.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

The deposition of activated fragments of complement component C3 allows the binding of antigens to cells expressing different complement receptors (CR). Dendritic cells, macrophages and neutrophil granulocytes express CR3 and CR4 complement receptors, that are members of the family of β2-integrins. Their similarity is very high regarding their extracellular domain; 87% respectively. The ligand specificity of CR3(CD11b/CD18) and CR4(CD11c/CD18) is highly overlapping, and their main ligand is identical: the iC3b fragment. Moreover the CD11c molecule is accepted as a marker of myeloid cells. However they differ in their intracellular domain and this suggests fundamental differences between the function of these receptors. The most important role of CR3 is the binding and phagocytosis of pathogens opsonized by iC3, and CR3 deficiency seriously compromises the innate immune defence of the host. Most of the studies focus on the role of CD11b. However, for the experiments the natural ligand, iC3b is used that stimulate both CR3 and CR4 in the same time, hence the effects mediated by the two receptors can not be separated. Our preliminary results show that complement C3 dependent phagocytosis of MDCs is mediated mainly by CR3. The role of CR4 is not well characterized and little is known about its function in DCs. Our aim is to determine the expression pattern and the exact role and function of CD11b and CD11c of mouse and human dendritic cells.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.

Most of the data available for CD11b/CD18 (CR3) and CD11c/CD18 (CR4) functions come from studies carried out using cells of mouse origin. The exact function of this molecules on dendritic cells is not determined. We want to reveal the differencies in the expression and function of CR3 and CR4 for the first time in human system.
We would like to answer the question what is the specific function of CD11b and CD11c molecule on dendritic cells? We will assess the role of these structures in CD11b or CD11c gene silenced monocyte derived human dendritic cells. Our goal is to determine the specific role of CD11c also in mouse models, using CD11b KO bone marrow derived dendritic cells.
We want to clarify what kind of functions are medieted by CR3 and CR4? This question will be answered by determining the endocytotic activity of the cells specifically activated via these complement receptors. Furthermore the array of cytokines secreted by CD11b and CD11c activated mouse and human dendritic cells will also be investigated. The role of CR3 and CR4 will be analyzed by assessing T cell activating capacity of human and mouse DCs after activation via CD11b and CD11c. Hence we will able to answer the question what are the distinct functions of CD11b and CD11c on dendritic cells.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.

The β2 integrins came into prominence when the clinical syndrome leukocyte adhesion deficiency (LAD), characterized by recurrent infection was discovered. Patients with type I deficiency (LADI) have mutations in CD18 that lead to severe or total lack of the CD11/CD18 integrins on the cell surface. Podosome assembly is also known to be associated with the specific recruitment of β2 integrins, which in the absence of the Wiskott-Aldrich Syndrome protein (WASp) did not occur.
Several studies demonstrate that that CR3 (CD11b/CD18) and CR4 (CD11c/CD18) play important role not only in the effector mechanisms but also in the initiation of adaptive immunity. The distinct function of these receptors on dendritic cells are not well characterised.
Most of the publications focus on CD11b and use natural ligands that stimulate both CR3 and CR4 in the same time, hence the effects mediated by the two receptors can not be separated. Up to now very little is known about the specific function of CD11c, the human myeloid marker. Another technical difficulty is that CD11b and CD11c molecules are expressed simultanously by the same cells. Using specific antibodies for receptor crosslinking would be a promising tool for analyzing CR4-independent functions, but there is no ligand binding site specific antibody available for this receptor. Despite these problems, there is increasing interest in the function of CD11c expressed by cells of the immune system.
Our goal is to understand the underlying mechanisms of CR4 functions in details, and our results will shed light on the unique and distinct funcions of CR4 and CR3. Investigation of mouse CD11b KO dendritic cells offers an opportunity to determine the exact role of CD11c. Using CD11b or CD11c silenced human dendritic cells we will clarify the proper function of these receptors separately. Comparison of mouse and human data will clarify the potential differences between the appearance and function of these receptors in these two species. Better understanding of the function of CR3 and CR4 will help to clarify how targeting of CD11b or CD11c can lead to the identification of new targets in DC-based therapies in autoimmune disorders as well as in immunization.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

Dendritic cells are known to be key cellular participant of the immune response. These cells were discovered by Ralph Steinman, who has been awarded the Nobel Prize in Life Sciences in 2011. The complement system is also an important element of the immune system. The central component, protein C3 can bind to different complement receptors present on the surface of several immune cells, including dendritic cells. Deficiency of these receptors seriously compromises our immune defence. Certain functions of these complement receptors on dendritic cells are not well characterized yet, thus our aim is to reveal the role of these receptors in more detail. Our preliminary data show, that dendritic cells can be activated via complement receptors and this enhances the protective effect of these cells. Better understanding of the function of complement receptors on dendritic cells will help to find new possibilities in DC-based therapies in autoimmune disorders as well as in vaccination.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Munkánk célja a CR3 (CD11b/CD18)és CR4 (CD11c/CD18) komplementreceptorok specifikus funkcióinak felderítése. • Meghatároztuk a CR3 és CR4 mennyiségét és konformációját emberi fagociták esetében. • Megállapítottuk, hogy az emberi fagociták C3-függő fagocitózisában a CR3 meghatározó szerepet játszik. • Az emberi fagociták fibrinogénhez történő adherenciájában a CD11c szerepe döntő. • Az sejtek adherenciájának jellemzésére a klasszikus módszer mellett state-of-the-art biofizikai módszereket is bevezettünk.
Results in English
Our goal was to dissect and determine the individual functional properties of human CR3 (CD11b/CD18) and CR4 (CD11c/CD18). • The absolute numbers and the conformational state of CR3 and CR4 expressed by the human phagocytes were assessed. • The complement C3-dependent phagocytosis of human phagocytes is mediated mainly by CR3. • The cellular adherence to fibrinogen by human phagocytes is dominated by CD11c. • The strength and the kinetics of adherence were estimated using classical and state-of-the-art biophysical methods.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=104838
Decision
Yes





 

List of publications

 
Lukácsi S, Nagy-Baló Z, Erdei A, Sándor N, Bajtay Z: The role of CR3 (CD11b/CD18) and CR4 (CD11c/CD18) in complement-mediated phagocytosis and podosome formation by human phagocytes, Immunol Lett. 189:64-72. doi: 10.1016/j.imlet.2017.05.014. Epub 2017 May 26. PMID: 28554712, 2017
Uzonyi B, Mácsik-Valent B, Lukácsi S, Kiss R, Török K, Kremlitzka M, Bajtay Z, Demeter J, Bödör C, Erdei A: Functional studies of chronic lymphocytic leukemia B cells expressing β2-integrin type complement receptors CR3 and CR4, Immunol Lett. 189:73-81. doi: 10.1016/j.imlet.2017.05.016. Epub 2017 May 31. PMID: 28577901, 2017
Orgovan N, Salánki R, Sándor N, Bajtay Z, Erdei A, Szabó B, Horvath R: In-situ and label-free optical monitoring of the adhesion and spreading of primary monocytes isolated from human blood: Dependence on serum concentration levels, BIOSENS BIOELECTRON 54: 339-344, 2014
Rita Salánki, Csaba Hős, Norbert Orgovan, Beatrix Péter, Noémi Sándor, Zsuzsa Bajtay, Anna Erdei, Robert Horvath, Bálint Szabó: Single cell adhesion assay using computer controlled micropipette, Plos One, accepted:2014-09-04, PONE-D-14-19545R3, 2014
Rita Salánki, Tamás Gerecsei, Norbert Orgovan, Noémi Sándor, Beatrix Péter, Zsuzsa Bajtay, Anna Erdei, Robert Horvath, Bálint Szabó: Automated single cell sorting and deposition in submicroliter drops, Appl. Phys. Lett. 105 (8), 083703, 2014
Svoboda E, Schneider AE, Sándor N, Lermann U, Staib P, Kremlitzka M, Bajtay Z, Barz D, Erdei A, Józsi M.: Secreted aspartic protease 2 of Candida albicans inactivates factor H and the macrophage factor H-receptors CR3 (CD11b/CD18) and CR4 (CD11c/CD18), Immunol Lett. 168(1):13-21., 2015
Noémi Sándor, Szilvia Lukácsi, Anna Erdei, Zsuzsa Bajtay: CR3 dominates the phagocytosis of iC3b opsonized Staphylococcus aureus in human phagocytic cells, MIT 43. Vándorgyűlés, Velence, 2014
Sándor N, Lukácsi Sz, Salánki R, Orgován N, Szabó B, Horváth R, Erdei A, Bajtay Zs.: Functional differences between human CR3 (CD11b/CD18) and CR4 (CD11c/CD18): CD11b dominates iC3b mediated phagocytosis, while CD11c prevails adherence, 15th European Meeting on Complement in Human Disease, Uppsala, Sweden, 2015
N. Sándor, S. Lukácsi, R. Ungai-Salánki, N. Orgován, B. Szabó, R. Horváth, A. Erdei, Z. Bajtay: Functional differences between human CR3 (CD11b/CD18) and CR4 (CD11c/CD18): CD11b dominates iC3b mediated phagocytosis, while CD11c prevails adherence, European Congress of Immunology, Vienna, Austria, 2015
Orgovan N, Ungai-Salánki R, Lukácsi S, Sándor N, Bajtay Z, Erdei A, Szabó B, Horvath R.: Adhesion kinetics of human primary monocytes, dendritic cells, and macrophages: Dynamic cell adhesion measurements with a label-free optical biosensor and their ..., Biointerphases, 2016
Sándor N, Lukácsi S, Ungai-Salánki R, Orgován N, Szabó B, Horváth R, Erdei A, Bajtay Z: CD11c/CD18 Dominates Adhesion of Human Monocytes, Macrophages and Dendritic Cells over CD11b/CD18, PLOS ONE 2016 Sep 22;11(9):e0163120. doi: 10.1371/journal.pone.0163120. eCollection 2016. PMID:27658051, 2016
Erdei A, Sándor N, Mácsik-Valent B, Lukácsi Sz, Kremlitzka M, Bajtay Zs. The versatile functions of complement C3-derived ligands.: The versatile functions of complement C3-derived ligands, Immunological Reviews. DOI 101111/imr12498, 2016
Ungai-Salánki R, Gerecsei T, Fürjes P, Orgovan N, Sándor N, Holczer E, Horvath R, Szabó B.: Automated single cell isolation from suspension with computer vision, Sci Rep. 6:20375. doi: 10.1038/srep20375. PMID: 26856740, 2016
Orgovan N, Salánki R, Sándor N, Bajtay Z, Erdei A, Szabó B, Horvath R: In-situ and label-free optical monitoring of the adhesion and spreading of primary monocytes isolated from human blood: Dependence on serum concentration levels, BIOSENS BIOELECTRON 54: 339-344, 2014
Z Bajtay, N Sándor, A Erdei: Binding of iC3b to human dendritic cells does not alter the cells' phenotype and functions, Immunobiology, Volume 217, Issue 11, Page 1141, XXIV. International Complement Workshop, Chania, Crete, Greece, 2012
N Sándor, Z Bajtay,A Erdei: CR3 is the dominant phagocytotic complement receptor for iC3b opsonized particles on dendritic cells while CR4 plays supporting role, Immunobiology, Volume 217, Issue 11, Page 1161. XXIV. International Complement Workshop, Chania, Crete, Greece, 2012
N Sándor, K Kristóf, K Paréj, D Pap, A Erdei, Z Bajtay: CR3 is the dominant phagocytotic complement receptor on human dendritic cells, Immunobiology; Volume 218, Issue 4, Pages 652-663., 2013
N Sándor, A Erdei, Z Bajtay: CR3 is the main phagocytotic receptor for iC3b opsonized particles on dendritic cells while CR4 plays supporting role, European Macrophage and Dendritic Cell Society Meeting, Debrecen, Hungary, 2012
Z Szittner, K Papp, N Sándor, Z Bajtay, J Prechl: Detecting autoantibodies by myeloid cells: a direct way to assess effector functions, Controversies in Rheumatology and Autoimmunity, Budapest, Hungary, 2013
N Sándor, K Paréj, K Kristóf, D Pap, A Erdei, Z Bajtay: A CR3 és CR4 eltérő szerepet játszik az iC3b komplement fragmentum mediált fagocitózis során, MIT Vándorgyűlés, Debrecen, 2012
Z Szittner, K Papp, N Sándor, Z Bajtay, J Prechl: Application of fluorescent monocytes for probing immune complexes on antigen microarrays., PLoS One; 8(9):e72401, 2013
N Sándor, C Kriston, A Erdei, Z Bajtay: CR3 and CR4 differently mediate the adherence to fibrinogen of human dendritic cells, 15th International Congress of Immunology, Milan, Italy, 2013
N Sándor, C Kriston, A Erdei, Z Bajtay: CR3 and CR4 differently mediate the adherence to fibrinogen of human dendritic cells, IMPULSE Symposium, Matrahaza, Hungary, 2013
Noémi Sándor, Csilla Kriston, Anna Erdei, Zsuzsa Bajtay: CR3 and CR4 differently mediate the adherence to fibrinogen of human dendriti, MIT 42. Vándorgyűlés, Pécs, 2013
Rita Salánki, Csaba Hős, Norbert Orgovan, Beatrix Péter, Noémi Sándor, Zsuzsa Bajtay, Anna Erdei, Robert Horvath, Bálint Szabó: Single cell adhesion assay using computer controlled micropipette, Plos One, accepted:2014-09-04, PONE-D-14-19545R3, 2014
Rita Salánki, Tamás Gerecsei, Norbert Orgovan, Noémi Sándor, Beatrix Péter, Zsuzsa Bajtay, Anna Erdei, Robert Horvath, Bálint Szabó: Automated single cell sorting and deposition in submicroliter drops, Appl. Phys. Lett. 105 (8), 083703, 2014
Orgovan N, Salánki R, Sándor N, Bajtay Z, Erdei A, Szabó B, Horvath R: In-situ and label-free optical monitoring of the adhesion and spreading of primary monocytes isolated from human blood: Dependence on serum concentration levels, BIOSENS BIOELECTRON 54: 339-344, 2014




Back »