Mycobacterium tuberculosis (Mtb) è in grado di interferire sulle funzionalità delle cellule dendritiche (DC) e quindi di influenzare la risposta acquisita dei linfociti T. In questa tesi noi mostriamo che Mtb è in grado di alterare il differenziamento dei monociti a DC con la formazione di cellule esprimenti alti livelli di CD14 e bassi livelli di CD1a e CD1c. Queste cellule sono in grado di produrre TNF-α così come piccole quantità di IL-1β, IL-6 e IL-23, ma non secernono misurabili quantità di IL-12 nei sopranatanti di coltura. Probabilmente da questa incapacità di secernere citochine deriva la sostanziale mancanza di una risposta dei linfociti T CD4+ incubati con tali DC, che sono infatti incapaci di sintetizzare significative quantità di IFN-γ o IL-17. Al contrario, DC ottenute dal normale differenziamento dei monociti e successivamente trattate con Mtb presentano un fenotipo maturo e sono in grado di secernere alti quantitativi di IL-1β, IL-6, IL-23 e TNF-α. Questa combinazione di citochine contribuisce alla polarizzazione di linfociti T CD4+ verso una popolazione mista caratterizzata da fenotipi Th1, Th17 e Th1/17, in grado di produrre IFN-γ e IL-17. Il rilascio di TNF-α, IL-1β, IL-23 e IL-6 da parte delle DC è dovuto al legame del recettore dectin-1 da parte del Mtb, mentre il TLR2 sembra non essere coinvolto in questo meccanismo. Altri dati da noi ottenuti utilizzando il glucano, che è un agonista solubile del dectin-1, ci hanno permesso di confermare una specifica polarizzazione Th1/Th17 indipendente dal coinvolgimento del TLR2. Questi risultati indicano che il dectin-1 potrebbe essere il recettore più importante nell’induzione di una risposta acquisita di tipo Th1/Th17. In aggiunta abbiamo riportato che il coinvolgimento di DC-SIGN o CD206 nel legame con Mtb porta ad una diminuita secrezione di TNF-α, IL-1β, IL-23 e IL-6 da parte delle DC. Questo effetto è probabilmente dovuto ad interferenza da parte di CD206 e DC-SIGN sulla cascata di segnali attivati dal dectin-1, come suggerito dagli esperimenti effettuati con gli agonisti solubili dei recettori. Infatti, la stimolazione simultanea di dectin-1 e CD206 o DC-SIGN porta ad un diminuito rilascio di citochine da parte delle DC. Inoltre abbiamo effettuato altri esperimenti utilizzando antigeni secreti dal Mtb. L’antigene HspX è risultato essere il più interessante, infatti il contemporaneo trattamento di cellule dendritiche con HspX e Mtb porta ad una significativa diminuzione di IL-23 ed a una aumentata sintesi di TNF-α, IL-1β e IL-6. Queste cellule inoltre sono in grado di cambiare la polarizzazione Th1/Th17 risultante dalla stimolazione con il solo Mtb, verso una risposta principalmente Th1 con diminuito rilascio di IL-17 e aumentata secrezione di IFN-γ da parte dei linfociti T CD4+. E’ inoltre interessante notare che il trattamento con HspX durante la maturazione indotta da Mtb è in grado di aumentare l’espressione di superficie di CD206 e DC-SIGN e diminuire quella di dectin-1, se paragonata a quella ottenuta con la sola maturazione indotta da Mtb. Questi risultati suggeriscono che l’antigene HspX potrebbe influenzare il riarrangiamento dei recettori sulla superficie delle DC, modificando quindi il diretto contatto con il Mtb. I nostri risultati indicano che Mtb può modulare la polarizzazione funzionale dei linfociti T interferendo con il differenziamento delle DC o con il rilascio di citochine, attraverso meccanismi che coinvolgono l’interazione del patogeno con i recettori dectin-1, DC-SIGN e CD206.

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) subverts the functional activity of dendritic cells (DC) and influences T cell-mediated immune responses. Here we show that Mtb alters monocytes differentiation into DC with formation of CD14+ cells showing decreased CD1a and CD1c acquisition and producing TNF-α, little amounts of IL-1β, IL-6, IL-23 and no IL-12. These cells are unable to induce substantial IFN-γ or IL-17 production in CD4+ lymphocytes. The treatment of conventionally differentiated monocyte-derived DC with Mtb elicits the formation of mature DC producing high amounts of IL-1β, IL-6, IL-23 and TNF-α, stimulating the secretion of IFN-γ and IL-17 by CD4+ lymphocytes. Here we also show that TNF-α, IL-1β, IL-23, and IL-6 secretion is mainly due to dectin-1 receptor engagement by Mtb, whereas TLR2 does not play an essential role in the release of these cytokines. Accordingly, DC stimulation with the dectin-1 agonist glucan triggers Th1/Th17 polarization independently of TLR2 engagement. These findings indicate that dectin-1 could be the most important receptor involved in induction of Th1/Th17 generation. Here we also report that DC-SIGN or CD206 engagement leads to a decrease of Mtb-dependent TNF-α, IL-1β, IL-23, and IL-6 production by DC. These effects are probably due to an interference of CD206 and DC-SIGN on dectin-1-activated signals, as suggested by the experiments performed with soluble receptor agonists, in which simultaneous addition of the specific dectin-1 agonist and CD206 or DC-SIGN ligands results in depressed cytokine release. Moreover, some soluble secreted antigens from Mtb have been tested. Among them, HspX gave the most interesting results. In fact, it significantly decreased IL-23 and increased TNF-α, IL-1β, IL-6 secretion by DC in response to Mtb. We also found that HspX switched Mtb-dependent Th1/Th17 polarization towards the Th1 response, with decreased IL-17 and enhanced IFN-γ production by CD4+ T cells, probably as a consequence of the above-mentioned changes of cytokine expression. Interestingly, HspX treatment during the Mtb-induced maturation process increased CD206 and DC-SIGN, and decreased dectin-1 expression as compared to Mtb-matured DC. These results suggest that antigen HspX could limit the receptor arrangements induced by the direct contacts between Mtb and DC. Our results indicate that Mtb could modulates the functional polarization of T lymphocytes by affecting DC differentiation and cytokine release through mechanisms involving interactions of the pathogen with dectin-1, DC-SIGN and CD206.

Modulation of human dendritic cells funtional activity by M. tuberculosis

ZENARO, Elena
2009-01-01

Abstract

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) è in grado di interferire sulle funzionalità delle cellule dendritiche (DC) e quindi di influenzare la risposta acquisita dei linfociti T. In questa tesi noi mostriamo che Mtb è in grado di alterare il differenziamento dei monociti a DC con la formazione di cellule esprimenti alti livelli di CD14 e bassi livelli di CD1a e CD1c. Queste cellule sono in grado di produrre TNF-α così come piccole quantità di IL-1β, IL-6 e IL-23, ma non secernono misurabili quantità di IL-12 nei sopranatanti di coltura. Probabilmente da questa incapacità di secernere citochine deriva la sostanziale mancanza di una risposta dei linfociti T CD4+ incubati con tali DC, che sono infatti incapaci di sintetizzare significative quantità di IFN-γ o IL-17. Al contrario, DC ottenute dal normale differenziamento dei monociti e successivamente trattate con Mtb presentano un fenotipo maturo e sono in grado di secernere alti quantitativi di IL-1β, IL-6, IL-23 e TNF-α. Questa combinazione di citochine contribuisce alla polarizzazione di linfociti T CD4+ verso una popolazione mista caratterizzata da fenotipi Th1, Th17 e Th1/17, in grado di produrre IFN-γ e IL-17. Il rilascio di TNF-α, IL-1β, IL-23 e IL-6 da parte delle DC è dovuto al legame del recettore dectin-1 da parte del Mtb, mentre il TLR2 sembra non essere coinvolto in questo meccanismo. Altri dati da noi ottenuti utilizzando il glucano, che è un agonista solubile del dectin-1, ci hanno permesso di confermare una specifica polarizzazione Th1/Th17 indipendente dal coinvolgimento del TLR2. Questi risultati indicano che il dectin-1 potrebbe essere il recettore più importante nell’induzione di una risposta acquisita di tipo Th1/Th17. In aggiunta abbiamo riportato che il coinvolgimento di DC-SIGN o CD206 nel legame con Mtb porta ad una diminuita secrezione di TNF-α, IL-1β, IL-23 e IL-6 da parte delle DC. Questo effetto è probabilmente dovuto ad interferenza da parte di CD206 e DC-SIGN sulla cascata di segnali attivati dal dectin-1, come suggerito dagli esperimenti effettuati con gli agonisti solubili dei recettori. Infatti, la stimolazione simultanea di dectin-1 e CD206 o DC-SIGN porta ad un diminuito rilascio di citochine da parte delle DC. Inoltre abbiamo effettuato altri esperimenti utilizzando antigeni secreti dal Mtb. L’antigene HspX è risultato essere il più interessante, infatti il contemporaneo trattamento di cellule dendritiche con HspX e Mtb porta ad una significativa diminuzione di IL-23 ed a una aumentata sintesi di TNF-α, IL-1β e IL-6. Queste cellule inoltre sono in grado di cambiare la polarizzazione Th1/Th17 risultante dalla stimolazione con il solo Mtb, verso una risposta principalmente Th1 con diminuito rilascio di IL-17 e aumentata secrezione di IFN-γ da parte dei linfociti T CD4+. E’ inoltre interessante notare che il trattamento con HspX durante la maturazione indotta da Mtb è in grado di aumentare l’espressione di superficie di CD206 e DC-SIGN e diminuire quella di dectin-1, se paragonata a quella ottenuta con la sola maturazione indotta da Mtb. Questi risultati suggeriscono che l’antigene HspX potrebbe influenzare il riarrangiamento dei recettori sulla superficie delle DC, modificando quindi il diretto contatto con il Mtb. I nostri risultati indicano che Mtb può modulare la polarizzazione funzionale dei linfociti T interferendo con il differenziamento delle DC o con il rilascio di citochine, attraverso meccanismi che coinvolgono l’interazione del patogeno con i recettori dectin-1, DC-SIGN e CD206.
human dendritic cells; Mycobacterium tuberculosis
Mycobacterium tuberculosis (Mtb) subverts the functional activity of dendritic cells (DC) and influences T cell-mediated immune responses. Here we show that Mtb alters monocytes differentiation into DC with formation of CD14+ cells showing decreased CD1a and CD1c acquisition and producing TNF-α, little amounts of IL-1β, IL-6, IL-23 and no IL-12. These cells are unable to induce substantial IFN-γ or IL-17 production in CD4+ lymphocytes. The treatment of conventionally differentiated monocyte-derived DC with Mtb elicits the formation of mature DC producing high amounts of IL-1β, IL-6, IL-23 and TNF-α, stimulating the secretion of IFN-γ and IL-17 by CD4+ lymphocytes. Here we also show that TNF-α, IL-1β, IL-23, and IL-6 secretion is mainly due to dectin-1 receptor engagement by Mtb, whereas TLR2 does not play an essential role in the release of these cytokines. Accordingly, DC stimulation with the dectin-1 agonist glucan triggers Th1/Th17 polarization independently of TLR2 engagement. These findings indicate that dectin-1 could be the most important receptor involved in induction of Th1/Th17 generation. Here we also report that DC-SIGN or CD206 engagement leads to a decrease of Mtb-dependent TNF-α, IL-1β, IL-23, and IL-6 production by DC. These effects are probably due to an interference of CD206 and DC-SIGN on dectin-1-activated signals, as suggested by the experiments performed with soluble receptor agonists, in which simultaneous addition of the specific dectin-1 agonist and CD206 or DC-SIGN ligands results in depressed cytokine release. Moreover, some soluble secreted antigens from Mtb have been tested. Among them, HspX gave the most interesting results. In fact, it significantly decreased IL-23 and increased TNF-α, IL-1β, IL-6 secretion by DC in response to Mtb. We also found that HspX switched Mtb-dependent Th1/Th17 polarization towards the Th1 response, with decreased IL-17 and enhanced IFN-γ production by CD4+ T cells, probably as a consequence of the above-mentioned changes of cytokine expression. Interestingly, HspX treatment during the Mtb-induced maturation process increased CD206 and DC-SIGN, and decreased dectin-1 expression as compared to Mtb-matured DC. These results suggest that antigen HspX could limit the receptor arrangements induced by the direct contacts between Mtb and DC. Our results indicate that Mtb could modulates the functional polarization of T lymphocytes by affecting DC differentiation and cytokine release through mechanisms involving interactions of the pathogen with dectin-1, DC-SIGN and CD206.
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