Spezifische Antigenbeladung kreuzpräsentierender dendritischer Zellen über den Chemokinrezeptor XCR1

Abstract

Dendritische Zellen (DZ) sind antigenpräsentierende Zellen, die in der Lage sind naive T Zellen zu aktivieren. Zytotoxische CD8+ T-Zellantworten werden insbesondere durch kreuzpräsentierende DZ induziert. Bisher gab es keine einheitliche Definition dieser DZ-Subpopulationen in den verschiedenen lymphoiden und nichtlymphoiden Organen, da die dazu verwendeten Oberflächenmoleküle (u. a. CD8, CD207, CD205 und CD103) nicht konsistent auf DZ in den verschiedenen Organen exprimiert werden. Erste Arbeiten zeigten, dass der Chemokinrezeptor XCR1 auf mRNA-Ebene stark mit kreuzpräsentierenden DZ der Maus korreliert. In dieser Arbeit konnte erstmals ein XCR1-spezifischer monoklonaler Antikörper generiert werden. Mit Hilfe dieses Antikörpers wurden XCR1+ DZ in diversen Organen von Wildtyp-Mäusen, sowie in Mäusen, in denen kreuzpräsentierende DZ aufgrund des Fehlens des Transkriptionsfaktors Batf3 nicht ausgebildet werden, phänotypisch und funktionell analysiert. Diese Analysen ergaben, dass XCR1 ein DZ-spezifisches Molekül ist, das nach Bindung des Liganden Chemotaxis auslöst. Die Expression von XCR1 korrelierte stark, aber nicht vollständig, mit bisher verwendeten Markern für kreuzpräsentierende DZ. Insgesamt konnte mit XCR1 das erste linienspezifische Markermolekül für kreuzpräsentierende DZ in der Maus identifiziert werden. Auch beim Menschen konnte XCR1 als ein linienspezifischer Marker definiert werden, der ausschließlich von kreuzpräsentierenden CD141+ DZ exprimiert wird. Somit konnten die humanen XCR1+CD141+ DZ als zu XCR1+ DZ der Maus homologe DZ erkannt werden. In dieser Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass das Chemokin XCL1, der Ligand von XCR1, an nekrotische Milzzellen bindet. Dadurch wird die Aufnahme dieser Zellen durch XCR1+ DZ und die Proliferation antigenspezifischer CD8+ T-Zellen verstärkt. Die selektive Expression von XCR1 auf kreuzpräsentierenden DZ wurde für eine spezifische Antigenbeladung dieser DZ in vivo genutzt. Immunisierung von Mäusen mit dem Modellantigen Ovalbumin, gekoppelt an den XCR1-spezifischen mAk oder den Liganden XCL1, führte zur Aktivierung und Proliferation antigenspezifischer CD8+ T-Zellen, die in der Lage waren, das Wachstum eines Ovalbumin-exprimierenden Tumors zu verhindern. Die in dieser Arbeit erworbenen Erkenntnisse können als Grundlage für die Entwicklung von neuartigen Impfstoffen genutzt werden, die zytotoxische CD8+ T-Zellantworten induzieren, was mit den bisherigen Impfverfahren nicht möglich ist.

Dendritic cells (DC) can activate naïve T cells by presenting antigen to them. In particular, activation of CD8+ T cells is achieved through cross-presenting DC. Until now there was no consistent phenotypic definition of cross- presenting DC, since the markers used (among others CD8, CD103, CD205, CD207) are not uniformly expressed in the various lymphoid compartments and organs. First data on the mRNA level suggested that the chemokine receptor XCR1 strongly correlates with cross-presenting DC. In the present work, the first monoclonal antibody against murine XCR1 could be generated. Using this antibody, XCR1+ DC could be phenotypically and functionally analyzed in wild type mice and also in mice which are deficient for the transcription factor Batf3 and lack cross-presenting DC. These studies revealed that XCR1 is a DC- specific molecule and a bona fide chemokine receptor inducing chemotaxis upon binding of its ligand. The expression of XCR1 correlated strongly but not completely with markers currently used for defining cross-presenting DC. Overall, XCR1 could be established as the first lineage marker for cross- presenting DC. Phenotypic and functional studies revealed that XCR1 also in the human can be regarded as a lineage marker for cross-presenting CD141+ DC, which thus could be identified as homologs of mouse XCR1+ DC. XCL1 was shown for the first time to bind to necrotic splenocytes. This increases the uptake of dying cells by XCR1+ DC and augments the proliferation of antigen-specific CD8+ T cells. The selective expression of XCR1 on cross-presenting DC was used to specifically target antigen to these DC in vivo. Immunization of mice with the model antigen ovalbumin, when coupled to MARX10 or the chemokine ligand XCL1, induced activation and proliferation of antigen-specific CD8+ T cells capable of preventing outgrowth of a tumor expressing ovalbumin. Based on these data, the development of a new type of vaccines will become possible. Through targeting of antigen into cross-presenting DC these vaccines will be capable of inducing cytotoxic CD8+ T cell responses, which current vaccines cannot.