C-type lectin signaling in dendritic cells: molecular control of antifungal inflammation Wevers, B.A.

Transcriptie

1 UvA-DARE (Digital Academic Repository) C-type lectin signaling in dendritic cells: molecular control of antifungal inflammation Wevers, B.A. Link to publication Citation for published version (APA): Wevers, B. A. (2014). C-type lectin signaling in dendritic cells: molecular control of antifungal inflammation General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam ( Download date: 01 Mar 2017

2 208 Annex i Samenvatting Het immuunsysteem is in een voortdurende staat van paraatheid om ons lichaam te beschermen tegen binnendringende micro-organismen, zoals virussen, bacteriën en schimmels. Dendritische cellen (DCs) zijn gespecialiseerde afweercellen die een sleutelrol vervullen tijdens de inductie van een doeltreffende afweerreactie. DCs zijn strategisch gepositioneerd in mucosale weefsels, en als zodanig instaat potentiele ziekteverwekkers onmiddellijk op te merken. Hiervoor brengen DCs receptoren (pathogen recognition receptors; PRRs) tot expressie -sensoren die zowel op het celoppervlak als in het cytoplasma van een DC aanwezig zijn. Deze receptoren kunnen verschillende vormen van gevaar onderscheiden: naast de directe herkenning van structuren die geassocieerd zijn met ziekteverwekkers (pathogen-associated molecular patterns; PAMPs), binden PRRs ook signaalmoleculen die worden afgegeven door dode en/of beschadigde cellen van het lichaam zelf (zogenaamde DAMPs: damage-associated molecular patterns). Geactiveerde DCs geven deze informatie vervolgens in de primaire lymphoide organen door aan de T en B lymfocyten van het adaptieve immuunsysteem. Ook tijdens deze reeks van cellulaire processen vervullen PRRs een cruciale functie. Naast het verzorgen van presentatie van antigenen aan naive T cellen, kunnen specifieke receptoren intracellulaire signaaltransductieroutes activeren die zorgen voor de optimale activatie van DCs -via een proces genaamd maturatie- en de productie van bijvoorbeeld antimicrobiële peptiden en ook cytokinen die betrokken zijn bij de inductue van specifieke T cel subpopulaties: T helper (Th) cel responsen. Schimmelinfecties vormen een steeds groter wordende bedreiging voor de volksgezondheid. Hoewel het aantal en ook de ernst van opportunistische schimmelinfecties in sterke mate toeneemt, is de wereldwijde opkomst van zeer virulente schimmelstammen voornamelijk zorgwekkend. Voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën en medicijnen is het daarom van belang om de gecompliceerde intracellulaire signaalroutes en moleculaire processen te ontrafelen waarmee PRRs het functioneren van DCs tijdens schimmelinfecties dicteren. De afgelopen 10 jaar heeft fundamenteel onderzoek op dit gebied zich gericht op de functionele karakerisatie van dectin-1, een receptor van de C-type lectine familie. Tal van studies hebben de belangrijke functie van dectin-1 tijdens inductie van een effectieve antischimmelrespons reeds aangetoond, en we hebben een gedetailleerd inzicht gekregen in de complexe moleculaire signaalroutes en mechanismen die ten grondslag liggen aan het functioneren van dectin-1 (zoals samengevat in Hoodstuk 1). Echter, langzaam is duidelijk

3 Summary & samenvatting 209 geworden dat dectin-1 niet als enige receptor verantwoordelijk kan worden gehouden voor de inductie van een effectieve afweerreactie tegen schimmels. Resultaten van zeer recente studies duiden op een centrale rol voor PRRs die signaleren via het CARD9 adaptoreiwit. Hoewel betrokkenheid van C-type lectines dectin-2 en mincle hierbij zeer waarschijnlijk wordt geacht, weten we vooralsnog weinig over de specifieke functie van deze receptoren, vooral in de context van humane schimmelinfecties. In dit proefschrift hebben we geprobeerd om signaalroutes en moleculaire processen te ontrafelen die geïnduceerd worden door dectin-1, dectin-2 en mincle, om zo beter inzicht te krijgen in het functioneren van deze receptoren tijdens de (de-)regulatie van een antischimmel respons. In dit laatste hoofdstuk geef ik een overzicht van de belangrijkste experimentele bevindingen die worden beschreven in dit proefschrift. Th1 en IL-17-producerende Th17 cellen coördineren gezamenlijk de effectorfunctie van neutrofielen en daarmee de directe eliminatie van pathogene schimmels, hetgeen noodzakelijk is voor de inductie van een effectieve antischimmelreactie. Dectin-1 induceert de synthese en maturatie van cytokinen die essentieel zijn voor activatie van beide typen effector cel populaties -namelijk, IL-12, IL-1β, IL-6 en IL-23-, hetgeen resulteert in de activatie van een robuuste en gecombineerde TH1/TH17 respons. Een centrale rol is hierbij weggelegd voor transcriptiefactoren behorend tot de NF-κB familie: deze heterodimeren faciliteren de dectin-1-gemedieerde cytokinetranscriptie. Dectin-1 is zelfs een van de weinige receptoren die zowel canonical (p65 en c-rel) als ook de noncanonical NF-κB eiwitten kan activeren, dit via Syk-afhankelijke activatie van CARD9-Bcl-10-MALT1 signalering. In Hoofdstuk 2, beschrijven we de ontdekking van een cruciaal moleculair proces tijdens de activatie van NF-κB, wat dectin-1 signalering vertaald in de activatie van Th17 immuunrespons. We laten zien dat MALT1 als scaffold eiwit essentieel is voor de synthese van IL-1β en IL-23 cytokinen, hetgeen geheel afhankelijk is van de selectieve activatie van NF-κB subunit c-rel. MALT1 faciliteert dus een moleculair subprogramma wat de optimale transcriptie van IL1B en IL23A genen bewerkstelligd na de herkenning van pathogene schimmels door dectin-1. Daarnaast bleek ook dectin-2 betrokken bij de activatie van TH17 immuniteit die is gericht tegen bepaalde Candida albicans subtypen. We ontdekten dat dectin-2 in het bezit is van een unieke eigenschap: dectin-2 signaleert enkel via de MALT1-cRel tak om zo c-rel-afhankelijke transcriptie van pro-il-1β en IL-23p19 te induceren. Dit betekend dat dectin-2 enkel invloed kan uitoefenen op de antischimmel respons wanneer er tegelijkertijd een andere receptor geactiveerd is. Juist deze eigenschap van dectin-2 zorgde voor de classificatie modulerende receptor.

4 210 Annex i Summary & samenvatting Productie van IL-12p70, een cytokine bestaande uit een p35 en p40 subunit, is cruciaal voor de sturing naar Th1 immuniteit. De promotor van het gen dat codeert voor IL-12p35, namelijk IL12A, vormt een stabiele nucleosome structuur dat moet worden geopend om productieve transcriptie te laten plaatsvinden. De identificatie van de hiervoor verantwoordelijke factor is beschreven in Hoofdstuk 3, waarin we laten zien dat dit zogenaamde IL12A remodeling proces, en dus ook de inductie van een Th1 response door dectin-1, volledig afhankelijk is van transcriptiefactor IRF1. Deze essentiële rol van IRF1 is aan het licht gekomen doormiddel van een reeks experimenten met Fonseceae monophora, een zeer virulente schimmel die de huidinfectie chromobastomycosis veroorzaakt. F. monophora blokkeert namelijk IL-12p70 synthese en de Th1 instructie door dectin-1, doormiddel van inductie van proteasome-afhankelijke afbraak van geactiveerd IRF1 eiwit. We tonen aan dat al deze effecten worden mogelijk worden gemaakt door mincle, die CARD9 signalering direct koppelt aan de inductie van een PI(3)K-PKB-afhankelijke degradatie route. Activatie van de mincle-pkb signaalroute resulteert in de activatie en nucleaire translocatie van Mdm2, een E3 ubiquitin ligase dat de degradatie van IRF1 controleert. Tevens hebben we gevonden dat deze processen afhankelijk zijn van adaptor eiwit Trim28, welke specifiek de nucleaire interactie tussen Mdm2 en IRF1 mogelijk maakt (Hoofdstuk 4). Mincle is niet alleen een target gebleken voor F. monophora, ook andere schimmels die chromoblastomycosis veroorzaken misbruiken mincle activiteit om Th1 immuniteit te kunnen omzeilen en Th2 sturing te induceren. Omdat deze response geen effectieve bescherming zal bieden tegen infectie met deze schimmels, denken we dat doormiddel van dit regulatiemechanisme bepaalde zeer virulente schimmels succesvol een chronische infectie kunnen veroorzaken. Deze resultaten deden vervolgens de vraag rijzen of mincle instaat is productie van TH17-sturende cytokinen te moduleren; in de vervolgstudie beschreven in Hoofdstuk 4 hebben we de functie van mincle achterhaald tijdens de inductie van Th17 responsen tegen schimmels. We laten zien dat mincle, hoewel op zichzelf niet instaat om synthese van Th-sturende cytokinen te induceren, gespecialiseerd is in amplificatie van TH17 responsen. Activatie van mincle signalering resulteert in sterk verhoogde IL-1b en IL-23 secretie, maar tegelijkertijd in inhibitie van IL-27, een TH17 suppressief cytokine. Op deze manier kan mincle een Th17 response aanmerkelijk versterken. Mincle is betrokken bij de Th17 responsen gericht tegen zowel F. monophora, alsmede Malassezia schimmels waarvan bekend is dat ze de immuunziekte psoriasis kunnen doen verergeren. In deze studie wordt bovendien beschreven dat de modulatie van Th17 cytokines door mincle niet afhankelijk is van transcriptiefactor NF-κB, maar dat juist een cruciale rol is weggelegd voor Mdm2. Hoewel Mdm2 betrokken is bij zowel de versterking van pro-il-1b en IL-23p19 alsook de blokkering van de synthese van IL-27 subunit p28, kan alleen modulatie van IL-27p28 worden toegeschreven aan Mdm2/Trim28-afhankelijke IRF1 afbraak. Nadat transcriptie en translatie heeft plaatsgevonden, wordt pro-il-1b in het cytoplasma gemodificeerd door caspase-bevattende inflammasomes om bioactief IL-1b te genereren. Ook op dit niveau van

5 Summary & samenvatting 211 IL-1β synthese oefent mincle een modulerende invloed uit: onze resultaten laten zien dat mincle instaat is om capsase-1 en caspase-8 inflammasome complexen te activeren. De resultaten van deze studies indentificeren mincle als een modulerende receptor, gespecialiseerd in het blokkeren van Th1 immuniteit, en het sterk amplificeren van een TH17 response. Aangezien aanhoudende en ongecontroleerde Th17 responsen sterk geassocieerd worden met immuun-geinduceerde weefselschade, en dat deze Th17-gemedieerde pathologie ook veelvuldig in verband gebracht is met psoriasis, lijken onze data te suggereren dat mincle het onschadelijk maken van pathogene schimmels tegengaat. De resultaten gepresenteerd in Hoofdstuk 5 laten zien dat er een klassieke antivirale effector respons betrokken is bij inductie van antischimmelimmuniteit door humane DCs. Hoewel we hebben ontdekt dat dectin-1 signalering cruciaal is voor de expressie van IFN-b na herkenning van Candida albicans, en dat dit effect afhankelijk is van transcriptiefactor IRF5, werd ook duidelijk dat de resulterende IFN-I respons een sterk negatief effect uitoefent op de activatie van Th17 cellen. Hoewel deze effecten in eerste instantie misschien tegenstrijdig lijken, waarvan de relevantie ook nog onzeker is, vonden we dat hoog virulente schimmels deze responsen drastisch blokkeerden via de activatie van mincle signalering. Hieruit blijkt dat type I interferonen zeer waarschijnlijk een beschermende functie uitoefenen tijdens de antischimmel immuunrespons. Vervolgens hebben we aangetoond dat mincle de nuclaire expressie van IRF5 dereguleerd doormiddel van proteasome-afhankelijke mechanismen; hoewel dit de toch al complexe functionaliteit van mincle verder doet toenemen, is dit volledig in lijn met de Th17-amplificerende eigenschappen van mincle. De resultaten beschreven in dit proefschrift laten zien dat C-type lectine receptoren een heel prominente rol innemen tijdens de regulatie van antischimmel immuunresponsen. Het is duidelijk geworden dat hun functionele interactie meer omhelst dan signaaltransductie crosstalk alleen en dat deze receptoren samenwerken tijdens de modulatie van adaptieve immuunresponsen. Er heeft zich een orkest van C-type lectine receptoren gevormd, waarin bepaalde receptoren (zoals dectin-1) de eerste viool bespelen en bescherming bieden tegen schimmelinfecties, terwijl anderen (bijvoorbeeld dectin-2 en mincle) een heel specifieke rol hebben bij het moduleren deze afweerreacties (bediscussieerd in Hoofdstuk 6). Deze resultaten geven nieuwe inzichten in hoe we de unieke functionaliteit van C-type lectine receptoren zouden kunnen uitbuiten om in de toekomst wellicht nieuwe therapieën tegen infecties met schimmels, maar ook andere pathogenen, te kunnen ontwikkelen.