C-type lectin receptors in cell-specific targeting and malaria infection

Abstract

C-type lectin receptors (CLRs) represent a family of pattern recognition receptors (PRRs) that recognize carbohydrate structures on pathogens and self- antigens often in a Ca2+-dependent manner. By virtue of their expression on dendritic cells (DCs), they can be exploited for the induction of antigen- specific immunity or tolerance. A platform was established to screen for novel CLR carbohydrate ligands and to use these ligands for CLR targeting. 1,3-lactosamine and the tumor antigen Gb5 were identified as novel ligands for MGL1 and Clec12b by glycan microarray screening of synthetic carbohydrates. The sugars were coupled to a model antigen, ovalbumin (OVA), and each conjugate was evaluated for its ability to skew the immune response. Both in vitro and in vivo assays demonstrated that carbohydrate modification of OVA leads to TH1 response while dampening humoral response. These data established a promising strategy to determine the adjuvant capacity of CLR carbohydrate ligands, which not only is cell-specific but also stimulates immune responses. Furthermore, the role of CLRs in the genesis of experimental cerebral malaria (ECM) was investigated. Cerebral malaria (CM) is the most severe complication of malaria. The murine Plasmodium berghei ANKA (PbA) infection model has helped identify crucial players in the pathogenesis of CM. Here it is shown that the CLR dendritic cell immunoreceptor (DCIR) is critical for the development of CM. While PbA infection led to 80% CM in wild-type C57BL/6 mice, DCIR-deficient mice were highly protected with only 15% CM development. In accordance with the reduced CM incidence in DCIR-/- mice, CD8+ T cell sequestration was markedly reduced in brains of PbA-infected DCIR-/- mice that was accompanied by reduced brain inflammation. Reduced T cell sequestration in the brain was caused by decreased TNF-α levels in sera as well as a modulated activation of CD4+ and CD8+ T cells in spleen of PbA-infected DCIR-/- mice. This study indicates that DCIR is critically involved in CM induction, thus highlighting the importance of this CLR in innate immunity during malaria infection.

Unter C-Typ Lektin-Rezeptoren (CLRs) versteht man eine Familie von Mustererkennungsrezeptoren welche - oftmals calciumabhängig - Strukturen auf Pathogenen und Selbstantigenen erkennen. Aufgrund ihrer Expression auf dendritischen Zellen können sie sowohl für die Induktion einer antigenspezifischen Immunität, als auch für die Ausbildung von immunologischer Toleranz eingesetzt werden. Es wurde eine Plattform entwickelt um neue CLR- Kohlenhydratliganden zu identifizieren und für das Targeting von CLRs zu verwenden. 1,3-Laktosamin und das Tumorantigen Gb5 wurden als neue Liganden für MGL1 und Clec12b anhand eines Screenings synthetischer Kohlenhydrate mittels Glykan-Array identifiziert. Diese Strukturen wurden mit dem Modellantigen Ovalbumin (OVA) konjugiert, wobei jedes Konjugat hinsichtlich seiner Eignung zur Modellierung der Immunantwort getestet wurde. Sowohl in vitro- als auch in vivo-Studien zeigten, dass die Kohlenhydratmodifikation von OVA eine TH1-Antwort auslöst und die humorale Antwort inhibiert. Diese Daten eröffnen eine vielversprechende neue Strategie zur Evaluation von CLR- Kohlenhydratliganden als Adjuvanzien, welche nicht nur zellspezifisch wirken, sondern ebenfalls die Immunantwort stimulieren. Des Weiteren wurde die Rolle von CLRs in der Entwicklung der experimentellen zerebralen Malaria (ECM) untersucht. Zerebrale Malaria (CM) stellt die schwerwiegendste Komplikation der Malaria dar. Das murine Plasmodium berghei ANKA (PbA)-Infektionsmodell hat maßgeblich zur Identifizierung an der Pathogenese beteiligter Zelltypen und Proteine beigetragen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass der C-Typ Lektin-Rezeptor „dendritic cell immunoreceptor“ (DCIR) kritisch an der Entwicklung der CM beteiligt ist. Während eine Infektion mit PbA zu 80% CM in Wildtyp-C57BL/6-Mäusen führte, waren DCIR-defiziente Mäuse mit nur 15% CM hochgradig geschützt. Analog zur reduzierten CM-Inzidenz in DCIR-/--Mäusen lag eine auffallend inhibierte Sequestration von CD8+ T-Zellen bei gleichzeitig verminderter Inflammation im Gehirn PbA-infizierter Mäuse vor. Die verminderte Sequestration von CD8+ T-Zellen wurde sowohl durch eine geringere Konzentration von TNF-α im Serum, als auch eine modulierte Aktivierung von CD4+ und CD8+ T-Zellen in der Milz PbA-infizierter DCIR-/--Mäuse hervorgerufen. Diese Untersuchungen zeigen, dass DCIR kritisch an der Entstehung der CM beteiligt ist und heben somit die Bedeutung dieses C-Typ Lektin-Rezeptors für die innate Immunantwort während der Malariainfektion hervor.