Title: Brugia malayi cystatin induced immunomodulation on human monocytes and macrophages and identification of immune gene polymorphisms associated with lymphatic filariasis. Lymphatic filariasis (LF) is an infection caused by Wuchereria bancrofti, Brugia malayi or Brugia timori, a debilitating disease with more than 120 million people infected worldwide. The lysate of the microfilarial larval stage (Mf) was formerly shown to induce human regulatory monocytes and macrophages. Brugia malayi microfilaria (mf) induce a regulatory monocyte phenotype with an upregulation of IL-10 and PD-L1 that correlates with asymptomatically infected individuals. Previous results have shown that filarial cystatin generally targets human PBMCs and murine macrophages to induce the production of IL-10 and thereby alter the host immune response. Brugia malayi cystatin (BmCPI-2) is known to be released in greater amounts by Brugia malayi microfilaria. Thus, here we aimed to determine how Brugia malayi cystatin contributes to immune hyporesponsiveness in human monocytes and macrophages elicited by microfilaria. For this purpose, filarial cystatin was depleted from microfilarial lysate and applied in functional cell assays. Detecting the immunomodulatory potential of cystatin-depleted Mf revealed that IL-10, but not IL-8 and IL-6 induction in monocytes and macrophages is dependent on the presence of cystatin. In addition, the Mf-induced expression of the regulatory surface markers PD-L1 and PD-L2 in human monocytes, but not in macrophages, is dependent on cystatin. While Mf-treated monocytes result in decreased CD4+ T-cell proliferation in a co-culture assay, stimulation of T-cells with human monocytes treated with cystatin-depleted Mf leads to a restoration of CD4+ T-cell proliferation. Moreover, we show that IL-10 expression in monocytes, but not in macrophages, is independent of ERK signaling, suggesting different pathways of IL-10 induction in these cell populations. Furthermore, it is assumed that genetic factors play a major role in the heterogeneity of clinical outcomes in filarial infections. Therefore, understanding the contribution of host genetics to the clinical outcome of infection lead in the direction of single nucleotide polymorphisms (SNPs) analysis in endemic populations. We examined the association of selected SNPs in PD‐L1, PD-L2, IL‐10, IL‐10RA, and IL-10RB with disease outcome in patients with lymphatic filariasis in a South Indian population. Association tests were performed by using logistic or linear regression when appropriate, including sex, age and pathological status with the help of SNPStats and SPSS. We have identified two polymorphisms, rs7854413 in PD-L2 and rs2834167 in IL-10RB, which are disproportionally distributed between the control and patient group, whereas no differences were found for the analysed SNPs in IL-10, IL-10RA and PD-L1. Most importantly, the SNP PD-L2 rs7854413 was strongly associated with an increased risk of developing chronic pathology (OR = 2.942, 95% CI = 0.957 – 9.046, p = 0.06). These data indicate that rs7854413 might play a role in the susceptibility to disease outcome in filarial infection and further functional studies are needed to understand the immune mechanism involved.
Title: Brugia malayi Cystatin-induzierte Immunmodulation an menschlichen Monozyten und Makrophagen und Identifizierung immungenetischer Polymorphismen, die mit lymphatischer Filariose assoziiert sind Die Infektionskrankheit Lymphatische Filariose (LF) wird durch Wuchereria bancrofti, Brugia malayi oder Brugia timori verursacht und infiziert mehr als 120 Millionen Menschen weltweit. Es wurde gezeigt, dass das Lysat des Larvenstadiums der Mikrofilarien (Mf) humane regulatorische Monozyten und Makrophagen induziert. Mikrofilarien von Brugia malayi (mf) führen zu regulatorischen Monozyten mit hochregulierten IL-10 und PD-L1, die in asymptomatisch infizierten Personen auftreten. Frühere Ergebnisse zeigten, dass das Cystatin von Filarien generell die IL-10-Produktion humaner mononukleärer Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) und muriner Makrophagen induziert und damit die Immunantwort des Wirtes verändert. Brugia malayi cystatin (BmCPI-2) wird in größeren Mengen von mf freigesetzt. Deshalb wurde untersucht, wie BmCPI-2 zur Immunhyporesponsivität menschlicher Monozyten und Makrophagen beiträgt, welche durch Mikrofilarien verursacht werden. Daher wurde Cystatin aus dem Mf depletiert und die Wirkung des depletierten Lysats in funktionellen, humanen Zelltests untersucht. Die Analyse des immunmodulatorischen Potenzials von cystatin-depletiertem Mf ergab, dass die Induktion von IL-10, aber nicht von IL-8 und IL-6 in Monozyten und Makrophagen vom Cystatin abhängig ist. Darüber hinaus ist die Mf-induzierte Expression der regulatorischen Oberflächenmarker PD-L1 und PD-L2 in Monozyten, jedoch nicht in Makrophagen von dem Cystatin abhängig. Während Mf-behandelte Monozyten die CD4+ T-Zellproliferation in einem Co-Kultur-Assay verminderten, führte die Stimulation von T-Zellen mit Monozyten, die mit cystatin-depletierten Mf behandelt wurden, zur Wiederherstellung der CD4+ T-Zellproliferation. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die IL-10-Expression in Monozyten im Gegensatz zu Makrophagen, unabhängig vom ERK-Signalweg ist und es daher verschiedene Wege der IL-10-Induktion in diesen Zellpopulationen gibt. Außerdem wird vermutet, dass Genfaktoren eine große Rolle bei der Heterogenität der klinischen Ergebnisse von Filarieninfektionen spielen. Um den Einfluss der Wirtsgenetik auf die Pathogenese von LF zu verstehen, wurden Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) in endemischen Populationen analysiert. Mögliche Assoziationen ausgewählter SNPs in PD-L1, PD-L2, IL-10, IL-10RA und IL-10RB wurden mit dem Krankheitsbild der lymphatischen Filariose in einer südindischen Bevölkerung untersucht. Assoziationstests wurden unter Verwendung logistischer oder linearer Regressionen unter Berücksichtigung des Geschlechts, Alters und pathologischem Status durchgeführt. Es wurden zwei SNPs identifiziert, rs7854413 in PD-L2 und rs2834167 in IL-10RB, welche disproportional zwischen Kontrollgruppe und Patientengruppe verteilt sind. Hingegen wurde für die analysierten SNPs in IL-10, IL-10RA und PD-L1 keine Unterschiede gefunden. Interessanterweise korreliert ein Aminosäurenaustausch im SNP rs7854413 mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung einer chronischen Pathologie (OR = 2.942, 95% CI = 0.957 - 9.046, p = 0.06). Diese Daten zeigen, dass rs7854413 eine Rolle in der Ausprägung der Filarieninfektionen spielen könnte. Weitere funktionelle Studien sind erforderlich, um den beteiligten Immunmechanismus der LF zu verstehen.
