Authors:	Filippis, Christodoulos
Title:	PD-1 checkpoint inhibition in Leishmania infection of primary human cells
Online publication date:	6-Apr-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	In this study we investigated the impact of Programmed Death-1/Programmed Death-1 ligand (PD-1/PD-L) axis in an in vitro Leishmania major (Lm) infection model consisting of primary human myeloid and lymphoid cells. Two different PD-1 checkpoint inhibitors (IgG1 and IgG4) were used to modulate the PD-1/PD-L interactions in different Lm-specific T-cell assay setups. As read-outs, Lm-induced T-cell proliferation and Lm infection rate in host cells was assessed. First, PD-1 ligand expression was demonstrated on three different Lm host cells, namely pro-inflammatory and anti-inflammatory human monocyte-derived macrophages (hMDM1 and hMDM2) and dendritic cells (hMDDC). PD-1 checkpoint blockade had no significant impact on Lm-induced T-cell proliferation or Lm infection rate in a co-culture of Lm-infected host cells together with autologous peripheral blood lymphocytes (PBLs). Using an approach with pre-cultured leucocytes (RESTORE-Assay by Römer et al. 2011) which mimics tissue-like conditions and renders T-cells more responsive to their cognate antigen, revealed a similar picture. Although PD-1 and its ligands were detectable in this assay, no significant differences in T-cell proliferation due to PD-1 checkpoint blockade were observed. Because PD-1/PD-L interactions are highly prominent during chronic inflammation and antigen stimulation, we investigated an approach using phytohemagglutinin-pre-stimulated PBLs in a co-culture with infected hMDM1, hMDM2 or hMDDC. In this approach, two different PD-1 checkpoint inhibitors (IgG1 and IgG4) increased T-cell effector functions in a similar manner. As a consequence Lm infection decreased, being the most pronounced in hMDDC, compared to hMDM1 and hMDM2. Focusing on hMDDC, effects mediated by PD-1 blockade were shown to be partially TNFα dependent. Moreover, treatment with the therapeutic PD-1 checkpoint inhibitor nivolumab specifically enhanced proliferation of CD4+ T-cells, increased expression of the TH1-specific transcription factor Tbet, T-cell activation markers and cytolytic effector proteins, which at large might be implicated in enhanced parasite killing. In all, our data describe an important role for the PD-1/PD-L axis upon Lm infection using a human primary cell system. These data contribute to a better understanding of the PD-1/PD-L-induced T-cell impairment during infectious disease and its influence on immune effector mechanisms to combat Lm infection. Ziel dieser Studie war die Untersuchung des Programmed Death-1/Programmed Death-1 ligand (PD-1/PD-L) Signalwegs innerhalb eines in vitro Leishmania major (Lm) Infektionsmodells bestehend aus humanen myeloiden und lymphoiden Zellen. Zwei verschiedene Subklassen von PD-1 Checkpoint Inhibitoren (IgG1 und IgG4) wurden zur Modulation des PD-1/PD-L Signalwegs in verschiedenen Versuchsaufbauten getestet, wobei der Einfluss auf Lm-induzierte T-Zellproliferation und Infektionsrate bestimmt wurde. Zunächst wurde gezeigt, dass die PD-1 Liganden auf drei verschiedenen Lm Wirtszellen exprimiert werden, und zwar auf pro- und anti-inflammatorischen humanen Monozyten-abgeleiteten Makrophagen (hMDM1 und hMDM2) sowie auf humanen Monozyten-abgeleiteten dendritischen Zellen (hMDDC). PD-1 Checkpoint Blockade hatte keinen Einfluss auf die Lm-induzierte T-Zellproliferation oder die Infektionsrate in einer Kokultur bestehend aus Lm Wirtszellen und peripheren Blutlymphozyten (PBLs). Ähnliche Ergebnisse wurden mit einem Versuchsaufbau bestehend aus vorkultivierten Leukozyten erzielt (RESTORE-Assay von Römer et al. 2011). Dabei wurden in-vitro gewebeartige Bedingungen geschaffen, die T-Zellen stärker auf Antigenstimulation reagieren lassen. Obwohl PD-1 sowie die zugehörigen Liganden messbar waren, hatte PD-1 Checkpoint Blockade keinen signifikanten Effekt auf die T-Zellproliferation. Da der PD-1/PD-L Signalweg insbesondere bei chronischer Entzündung und Antigenstimulation eine inhibierende Rolle spielt, entwickelten wir einen Versuchsansatz mit Phytohemagglutinin-vorstimulierten PBLs, welche mit infizierten hMDM1, hMDM2 oder hMDDC kokultiviert wurden. In diesem Versuchsansatz verstärkten die oben genannten PD-1 Checkpoint Inhibitoren (IgG1 und IgG4) T-Zell Effektor-Funktionen in ähnlicher Weise. Dadurch verringerte sich die Lm Infektion am stärksten in hMDDC im Vergleich zu hMDM1 und hMDM2. In der hMDDC Kokultur wurde gezeigt, dass die Effekte der PD-1-Blockade teilweise TNFα abhängig sind. Des Weiteren verstärkte der therapeutische IgG4 PD-1 Checkpoint Inhibitor Nivolumab spezifisch die CD4+ T-Zellproliferation, die Expression des TH1-spezifischen Transkriptionsfaktors Tbet, T-Zell Aktivierungsmarker sowie zytolytische Effektor-Proteine, welche womöglich in der Gesamtheit zur Parasitenabtötung beitragen. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass der PD-1/PD-L Signalweg bei Lm Infektion von primären humanen Zellen eine wichtige Rolle spielt. Diese Daten können zu einem besseren Verständnis der durch PD-1/PD-L-induzierten T-Zellbeeinträchtigung während der humanen Leishmaniose beitragen sowie für die Entwicklung von Immuntherapieansätzen genutzt werden.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2650
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000019548
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	VIII, 136 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen