Dendritic cells in hyperlipidemia associated atherosclerosis

Christ, Anette; Zenke, Martin

doi:4745

Dendritic cells in hyperlipidemia associated atherosclerosis = Dendritische Zellen in der hyperlipidämischen-assoziierten Arteriosklerose

Christ, Anette

2013

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Anette Christ

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2013

Umfang266 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch. und Maastricht, Univ., Diss., 2013

Cotutelle-Dissertation. - Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Zenke, Martin (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-09-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-47455
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229662/files/4745.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Zellbiologie (811002-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Arteriosklerose (Genormte SW) ; Immunsystem (Genormte SW) ; Antigenpräsentation (Genormte SW) ; Toll-like-Rezeptoren (Genormte SW) ; Hyperlipidämie (Genormte SW) ; Dendritische Zelle (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; TLR (frei) ; plasmazytoide dendritische Zelle (frei) ; DAMP (frei) ; immune triggering (frei) ; dyslipidemia (frei) ; dendritic cell (frei) ; atherosclerosis (frei) ; hyperlipidemia (frei) ; immune system (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Arteriosklerose, der zugrunde liegende pathologische Prozess der meisten kardiovaskulären Erkrankungen, ist eine chronisch entzündliche Gefäßerkrankung, in deren Pathomechanismus spezifische Immunzellen, unter anderem Monozyten/ Makrophagen, Granulozyten, B- und T-Zellen, impliziert sind. Aktivierte Immunzellen führen eine Anzahl an entzündlichen Prozessen durch, welche entscheidend zum Beginn und dem Voranschreiten der Krankheit beitragen. Dendritische Zellen sind spezialisierte Antigen-präsentierende Zellen, welche eine zentrale Rolle in der angeborenen und erworbenen Immunantwort spielen, indem sie Antigene von Krankheitserregern oder modifizierte körpereigene Antigene naiven T-Zellen präsentieren und somit die T-Zell vermittelte Immunität stimulieren. Mehrere Studien haben eine Zunahme von dendritischen Zellen in humanen vorangeschrittenen arteriosklerotischen Plaques beschrieben, hauptsächlich in entzündlichen Herden in der Schulterregion der Plaques. Diese Ergebnisse haben dazu beigetragen, dendritischen Zellen eine Rolle als Mitwirkende in entzündlichen Prozessen in der Arterioskleroseentstehung zuzuschreiben. Spezifische, in den Plaques vorkommende Epitope, welche die Reifung und Aktivierung der dendritischen Zellen induzieren könnten, wurden bisher nicht identifiziert. Zudem ist es bis jetzt unklar, ob dendritische Zellen in einer hyperlipidämischen Umgebung – nach übermäβiger intrazellulärer Lipidanreicherung - ihre Funktion als Antigen-präsentierende Zellen beibehalten und T-Zellen in gleichem Maße stimulieren können. Folglich fokussiert sich diese Doktorarbeit darauf, die Funktion verschiedener dendritischer Zell-Subtypen in der hyperlipidämischen-assoziierten Arteriosklerose aufzuklären. Plasmazytoide dendritische Zellen sind durch die schnelle Freisetzung großer Mengen von Typ I Interferonen unentbehrlich in der antiviralen Abwehr. Die Anwesenheit von plasmazytoiden dendritischen Zellen wurde bisher mittels Immunohistochemie in humanen vorangeschrittenen Plaques beschrieben, jedoch ist ihre Funktion hier unklar. In einer primären Studie hat die Entfernung plasmazytoider dendritischer Zellen durch die systemische Verabreichung des monoklonalen Antikörpers 120G8 in low-density Lipoprotein-Rezeptor defizienten Mäusen eine Verschärfung der arteriosklerotischen Plaques hervorgerufen, welches auf eine protektive Rolle plasmazytoider dendritischer Zellen in der Arteriosklerose hindeutet. Im Einklang mit diesem Resultat konnten wir zeigen, dass plasmazytoide dendritische Zellen, welche aus den peripheren lymphoiden Organen arteriosklerotischer Mäuse isoliert wurden, die T-Zellaktivierung und deren Proliferation in einer indoleamine 2,3- dioxygenase (IDO)-abhängigen Art gedämpft haben. Zusammengefasst zeigen unsere Daten, dass plasmazytoide dendritische Zellen eine tolerogene Funktion in der Arteriosklerose übernehmen, welches sie zu einem interessanten Zielobjekt für zukünftige therapeutische Ansätze macht. In einer weiteren Studie haben wir gezeigt, dass die Toll-like Rezeptor 9 Agonist induzierte Aktivierung plasmazytoider dendritischer Zellen nach Aussetzen in eine hyperlipidämische Umgebung in vitro komplett gehemmt wurde. Dies wurde durch die signifikant verminderte Freisetzung pro-entzündlicher Zytokine, sowie die gedämpfte Expression von Maturierungsmarkern bewiesen. In Übereinstimmung mit diesen Resultaten konnten wir zeigen, dass die Fähigkeit plasmazytoider dendritischer Zellen CD4+ T-Helfer Zellen zu aktivieren, in der Gegenwart von oxLDL schwer beeinträchtigt wurde. Im Zusammenhang mit diesen Resultaten konnten wir ebenfalls demonstrieren, dass die intrazelluläre Lipidanreicherung in peripheren konventionellen dendritischen Zell-Subtypen der Maus zu einer Verminderung ihrer Kapazität, naïve T-Zellen zu stimulieren, führte. Es bleibt zu untersuchen, ob die Assoziierung zwischen Hyperlipidämie und dendritischer Zell-vermittelter Immunantwort die Abwehrkapazität gegen Krankheitserreger in hyperlipidämischen Patienten gefährdet. Letztlich haben wir erforscht, ob plasmazytoide dendritische Zellen, welche spärlich in vorangeschrittenen humanen Plaques vorzufinden sind, einen Einfluss auf ihr lokales Immunzell-Umfeld ausüben. Hierzu haben wir Plaque Regionen aus humanen Karotis-Gewebeproben mit Hilfe der Laser Capture Mikroskopie isoliert, welche plasmazytoide dendritische Zellen enthielten oder negativ für diese Zellen waren. In einem anschliessenden Genom-weiten Microarraying mit bioinformatischer Analyse konnten wir unter anderem Immun-Cluster im T-Zell Genmodul charakterisieren, welche in die T-Helfer 1/ T-Helfer 17 Differenzierung involviert sind.

Atherosclerosis, the underlying pathological process of most cardiovascular diseases (CVDs), is a chronic inflammatory disease, which critically implies specialized immune cells such as monocytes/ macrophages, granulocytes, B and T cells in its pathomechanism. Activated immune cells elaborate a range of inflammatory processes, which tremendously account for disease onset and progression. In recent years another immune cell subset, dendritic cells (DCs), has been identified in the healthy and diseased vasculature. DCs, specialized antigen-presenting cells (APCs), are essential in linking innate and adaptive immune responses against pathogen-derived, but also modified self-antigens present at sites of injury, thus triggering T cell-mediated immunity. DC numbers were described to be elevated in advanced human atherosclerotic plaques, mainly present in inflammatory foci within the plaque shoulder. In this regard, a possible role for DCs as contributors to inflammatory processes in atherosclerosis is attaining more and more attention. Particular plaque-derived epitopes that might induce DC maturation and activation within their local context have not been identified yet. Additionally, the maintenance of antigen-presentation and T cell priming ability by DCs under hyperlipidemic conditions, even after excessive lipid-loading remains poorly understood, and studies addressing these issues are diverging. Consequently, this thesis focuses on elucidating the contribution of certain DC subsets in hyperlipidemia-associated atherosclerosis. Plasmacytoid dendritic cells (pDCs) are crucial in anti-viral defense mechanisms through the rapid release of huge amounts of type I IFNs. Their presence has been confirmed in human atherosclerotic plaques, though a potential function remains to be elusive. However, it is thought that they contribute to atherosclerotic lesion formation by a type I interferon (IFN) signature. In a first study, we demonstrated that pDC ablation by systemic administration of the 120G monoclonal antibody was seen to aggravate lesion formation in low-density lipoprotein receptor deficiënt (Ldlr-/-) mice, thus attributing pDCs an athero-protective role. In keeping, peripheral lymphoid organ pDCs from atherosclerotic mice dampened T cell activation and proliferation in an indoleamine 2,3- dioxygenase (IDO)-dependent manner. Altogether, our research identifies a tolerogenic role for pDCs in atherosclerosis, rendering them an interesting new target for future therapeutic approaches. In a further study, we addressed the question whether a hyperlipidemic environment leads to impaired functionality of human pDCs. Indeed, we have demonstrated that exposure to excessive amounts of pro-atherogenic lipoproteins (LDL and oxLDL) completely ablated Toll-like receptor 9 (TLR9) agonist induced pDC activation in vitro, shown by the quenched production of pro-inflammatory cytokines, as well as the up-regulation of maturation markers. In keeping, oxLDL-induced abrogation of pDC stimulation profoundly impaired their ability to trigger CD4+ T helper (Th) cells. Likewise, we were able to show that lipid loading by peripheral conventional DC (cDC) subsets in mouse was accompanied by a sharply reduced capacity to stimulate naïve T cells. It remains to be elusive whether such an association between hyperlipidemia and DC-induced immune responses compromises the host’s pathogen defense capacity in hyperlipidemic patients. In a last study we addressed the question whether pDCs, rarely present in the human advanced plaque, impact their local context. Hereto, we applied genome-wide microarraying and bioinformatics analyses on pDC-enriched and pDC-less plaque fragments, isolated by laser capture microdissection from human carotid endarterectomy tissue samples. Network analysis and subsequent module-trait correlation analysis were performed to identify co-expressed gene module clusters for macrophages, T cells and microvessels, tightly linked to pDC presence within the plaque. Amongst others, we characterized immune clusters in the T cell module being involved in Th1/ Th17 differentiation, stressing the idea that pDCs exert immunogenic functions, even though exposed to modified lipoproteins. Conclusively, this study promotes the concept that pDCs interfere their immune cell context in the human plaque.

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