Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) constitute of monocytic (M-MDSCs) and granulocytic cell subsets (G-MDSCs)and were initially described as suppressors of T-cell function in tumor microenvironments. Recent studies have shown the involvement of MDSCs in a number of infectious diseases including Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection. MDSCs are tremendously accumulated in patients with Mtb infection and exert a suppressive effect on T cell responses against mycobacteria. Mycobacterium bovis BCG, the only available vaccine against Mtb fails to protect against the adult pulmonary tuberculosis (TB). Understanding the mechanisms of MDSC suppression for immunity against mycobacterial infection will provide a rational basis to improve anti- TB vaccination and host-directed therapies against TB. In this study, we investigated the role of three lipid-rich components of the plasma membrane, Caveolin-1(Cav-1), Acid Sphingomyelinase (ASM) and asialo-GM1 on BCG-activated MDSCs.
Cav-1 is one of the vital components of caveolae (plasma membrane invaginations) which regulates apoptosis and lipid metabolism. In this work, we found that MDSCs upregulated Cav-1, TLR4 and TLR2 expression after BCG infection on the cell surface. However, Cav-1 deficiency resulted in a selective defect in the intracellular TLR2 accumulation in the M-MDSC, but not G-MDSC subset. Further analysis indicated no difference in the phagocytosis of BCG by M-MDSCs from WT and Cav1-/- mice but a reduced capacity to up-regulate surface markers, to secrete various cytokines, induce iNOS and NO production. These defects correlated with deficits of Cav1-/- MDSCs in the suppression of T cell proliferation. Among the signaling pathways that were affected by Cav-1 deficiency, we found lower phosphorylation of NF-kB and p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) in BCG - activated MDSCs.
ASM is an enzyme present in lysosomes and is translocated to the cell surface where it hydrolyzes sphingomyelin into ceramide. Flow cytometric studies revealed that MDSCs phagocytosed BCG independent of inhibiting ASMase using pharmacological inhibitors (amitryptiline or desipramine) or MDSCs from WT and ASM-/-. Suppression of ASMase or using ASM-/- MDSCs resulted in reduced NO production and decreased cytokine secretion by MDSCs in response to BCG. Furthermore, MDSCs inhibited by amitryptiline had impaired AKT phosphorylation upon BCG infection.
Asialo-GM1 is a ganglioside expressed on the cell surface of MDSCs reported to cooperate with TLR2 for activating ERK signaling. Here, in this study, we found that asialo-GM1 expression was upregulated specifically upon mycobacterial infection and not upon any other stimulus. We noted that the soluble form of asialo-GM1 bound to BCG. Flow cytometric studies revealed that blocking
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asialo-GM1 did not affect the phagocytosis of BCG into MDSCs. Furthermore, blocking of asialo- GM1 had no effect on the cytokine and NO secretion or AKT signaling.
Collectively, the data presented in this work implicated that Cav-1, ASM, asialo-GM1 are dispensable for the internalization of BCG. Rather, Cav-1 and ASM are required for the functional activation of MDSCs. Although asialo-GM1 binds to BCG, we did not find any difference in the functional activation of MDSCs after blocking asialo-GM1. This study provides insights into the role of lipid raft components of the MDSC cell membrane during mycobacterial infection. / Myeloide Suppressorzellen (engl, myeloid-derived suppressor cells MDSCs) bestehen aus monozytischen (M-MDSCs) und granulozytären Subtypen (G-MDSCs) und wurden anfangs als Suppressoren der T-Zellfunktion in Tumormikroumgebungen beschrieben. Kürzlich durchgeführte Studien haben gezeigt, dass MDSCs an einer Reihe von Infektionskrankheiten beteiligt sind, einschließlich einer Infektion mit Mycobacterium tuberculosis (Mtb). MDSCs sind bei der Patienten Mtb-Infektion enorm akkumuliert und üben eine supprimierende Wirkung auf die T-Zell-Antworten gegen Mykobakterien aus. Mycobacterium bovis BCG, der einzige verfügbare Impfstoff gegen Mtb, schützt nicht gegen die Lungentuberkulose bei Erwachsenen (TB). Das Verständnis der Mechanismen über welche MDSCs eine der Immunsuppression bei mykobakteriellen Infektionen vermitteln, bilden eine rationale Grundlage für die Verbesserung der Anti-TB-Impfung und Therapien gegen TB. In dieser Studie wurden die Rolle der drei lipidreichen Komponenten der Plasmamembran, Caveolin-1 (Cav-1), Saure Sphingomyelinase (ASM) und Asialo-GM1 bei BCGaktivierten MDSCs untersucht.
Cav-1 ist eine der Komponenten von Caveolae (Plasmamembran-Invagination), die die Apoptose und den Fettstoffwechsel regulieren. Diese Arbeit zeigte, dass MDSCs die Expression von Cav-1, TLR4 und TLR2 nach BCG-Infektion auf der Zelloberfläche hochregulierten. Eine Cav-1 Defizienz führte jedoch zu einem selektiven Defekt in der intrazellulären TLR2-Akkumulation bei MMDSCs, jedoch nicht bei G-MDSCs. Weitere Analysen zeigten keinen Unterschied in der Phagozytose von BCG durch M-MDSCs von WT- und Cav1-/- Mäusen, jedoch eine verringerte Fähigkeit, Oberflächenmarker hoch zu regulieren, verschiedene Zytokine zu sekretieren und die Produktion von iNOS und NO zu induzieren. Diese Defekte korrelierten mit Defiziten von Cav1-/- MDSCs bei der Unterdrückung der T-Zell-Proliferation. Unter den von Cav-1-Mangel betroffenen Signalwegen fanden wir eine geringere Phosphorylierung der NF-KB- und p38- Mitogen-aktivierten Proteinkinase (MAPK) in BCG-aktivierten MDSCs.
ASM ist ein in Lysosomen vorhandenes Enzym, das an die Zelloberfläche transloziert wird, wo es Sphingomyelin zu Ceramid hydrolysiert. Durchflusszytometrische Studien ergaben, dass MDSCs BCG unabhängig von der Hemmung von ASMase mit pharmakologischen Inhibitoren (Amitryptilin oder Desipramin) oder MDSCs von ASM-/- Mäusen BCG phagozytierten. Die Suppression von ASMase oder die Verwendung von ASM-/- MDSCs führte zu einer verringerten NO Produktion und einer verringerten Zytokinsekretion durch MDSCs als Antwort auf BCG. Darüber hinaus hatten MDSCs, die durch Amitryptilin inhibiert wurden, die AKT-Phosphorylierung bei einer BCG-Infektion beeinträchtigt.
Asialo-GM1 ist ein Gangliosid, das auf der Zelloberfläche von MDSCs exprimiert wird, von dem berichtet wurde, dass es mit TLR2 kooperiert, um ERK-Signale zu aktivieren. Hier in dieser Studie haben wir festgestellt, dass die Expression von Asialo-GM1 spezifisch bei mycobakterieller Infektion und nicht bei einem anderen Stimulus hochreguliert wurde. Wir haben festgestellt, dass die lösliche Form von Asialo-GM1 an BCG binden kann. Durchflusszytometrische Studien ergaben, dass die Blockade von Asialo-GM1 die Phagozytose von BCG in MDSCs nicht beeinflusst. Darüber hinaus hatte die Blockierung von Asialo-GM1 keinen Einfluss auf die Zytokin- und NO-Sekretion oder das AKT-Signal.
Zusammenfassend ergaben die in dieser Arbeit präsentierten Daten, dass Cav-1, ASM, asialoGM1 für die Internalisierung von BCG entbehrlich sind. Dagegen sind Cav-1 und ASM für die funktionale Aktivierung von MDSCs erforderlich. Obwohl Asialo-GM1 an BCG bindet, konnten wir nach der Blockierung von Asialo-GM1 keinen Unterschied in der funktionellen Aktivierung von MDSCs feststellen. Diese Studie liefert Einblicke in die Rolle einiger Komponenten der lipid-reicher Areale der MDSC-Zellmembran bei mykobakteriellen Infektionen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:18350 |
| Date | January 2020 |
| Creators | John, Vini |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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