Regulation of type I interferon responses by mitochondria-derived reactive oxygen species in plasmacytoid dendritic cells

Mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) generated continuously under physiological conditions have recently emerged as critical players in the regulation of immune signaling pathways. In this study we have investigated the regulation of antiviral signaling by increased mtROS production in plasmacytoid dendritic cells (pDCs), which, as major producers of type I interferons (IFN), are the key coordinators of antiviral immunity. The early phase of type I IFN production in pDCs is mediated by endosomal Toll-like receptors (TLRs), whereas the late phase of IFN response can also be triggered by cytosolic retinoic acid-inducible gene-I (RIG-I), expression of which is induced upon TLR stimulation. Therefore, pDCs provide an ideal model to study the impact of elevated mtROS on the antiviral signaling pathways initiated by receptors with distinct subcellular localization. We found that elevated level of mtROS alone did not change the phenotype and the baseline cytokine profile of resting pDCs. Nevertheless increased mtROS levels in pDCs lowered the TLR9-induced secretion of pro-inflammatory mediators slightly, whereas reduced type I IFN production markedly via blocking phosphorylation of interferon regulatory factor 7 (IRF7), the key transcription factor of the TLR9 signaling pathway. The TLR9-induced expression of RIG-I in pDCs was also negatively regulated by enhanced mtROS production. On the contrary, elevated mtROS significantly augmented the RIG-I-stimulated expression of type I IFNs, as well as the expression of mitochondrial antiviral-signaling (MAVS) protein and the phosphorylation of Akt and IRF3 that are essential components of RIG-I signaling. Collectively, our data suggest that increased mtROS exert diverse immunoregulatory functions in pDCs both in the early and late phase of type I IFN responses depending on which type of viral sensing pathway is stimulated

Az autofágiát szabályozó sejtfelszíni SLAMF5 receptor és a mitokondriális ROS hatása a dendritikus sejtek funkcióira

A dendritikus sejtek (DC) a mikroorganizmusok széles spektrumának valamint a szövetkárosodás jeleinek felismerésére képesek. Ezen túlmenően, kiemelkedő szereppel bírnak a patogének és tumorok elleni védelmi mechanizmusok koordinálásában és annak biztosításában, hogy az immunválasz ne egészséges saját struktúrák ellen irányuljon. A DC funkciók szigorú szabályozás alatt állnak, mely jól tükrözi, hogy az immunválasz önmagát gátló, kontroll alatt tartó mechanizmusai legalább olyan fontos részét képezik a gazdaszervezet túlélésének, mint az immunválasz elősegítése. Munkánk során a DC-k funkciójának mitokondriális reaktív oxigén gyökök (mtROS) és a sejtfelszíni SLAMF5 receptor általi finomhangolásával foglalkoztunk. Eredményeink alapján plazmacitoid dendritikus sejtekben (pDC) az mtROS gátolja a TLR9 stimuláció által létrehozott I-es típusú interferon (IFN) termelést az IRF7 transzkripciós faktor foszforilációjának csökkentése révén. Ezzel ellentétben, a RIG-I agonista által indukált I-es típusú IFN gének kifejeződésére pozitív hatást gyakorol a fokozott mtROS termelés, mely ezen jelátviteli útvonal pozitív szabályozóinak fokozott aktivációjának következménye. A kísérleteink során azonosított mechanizmuson keresztül a pDC-k képesek a vírusok érzékelésére és I-es típusú IFN-ok termelésére a gyulladásos környezetben is, ahol a magasabb ROS koncentráció következtében a TLR9-indukált jelátvitel gátolt. Feltételezésünk szerint a ROS emelkedett szintje a periférián az egészséges szövetek védelme érdekében korlátozza a TLR útvonalat. Ezzel egyidőben azonban az antimikrobiális immunválasz biztosítása érdekében támogatja a kisebb amplitudójú RIG-I-mediált I-es típusú IFN termelést. Az autofágia szintén jelentős szerepet játszik a patogének elleni védelemben, miközben gyulladást csökkentő hatása révén biztosítja saját szöveteink épségét. Megfigyeléseink alapján a SLAMF5 receptor fokozza az autofágiát konvencionális dendritikus sejtekben az IRF8 TRIM21-függő proteoszómális degradációjának gátlásán keresztül. A SLAMF5 az LPS/IFNγ-indukált IL-1β és IL-23 gyulladásos citokinek termelésére negatív hatással van, azonban összhangban az IRF8 stabilizáló hatásával, szükséges a Th1 polarizációt elősegítő IL-12 citokin szekréciójához. Tehát a SLAMF5 jelátvitele szolgálhat a gyulladás csökkentésére miközben biztosítja az optimális adaptív immunválasz kialakulását a patogén ellen, mely úgy biztosítja a mikróbák eltávolítását, hogy közben a lehető legkisebb károsodást okozza a szervezetnek.Dendritic cells (DCs) are major participants of the immune response, capable of recognizing a wide range of microbes and danger signals. In addition to their sensory function, they coordinate the innate and adaptive arms of the immune system to help delivering efficient antimicrobial responses and to ensure that these destructive responses are used solely against pathogens, but not self-structures. DC functions are strictly regulated indicating that activating and self-limiting, inhibitory mechanisms are equally important and integral parts of host survival. In our work, we aimed to understand the fine-tuning of DC-functions by mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) as well as by the cell-surface receptor SLAMF5. We found that in TLR9 agonist-induced plasmacytoid DCs (pDC), elevated level of mtROS markedly reduced the expression of type I interferon (IFN) genes via blocking phosphorylation of IRF7, the key transcription factor of type I IFNs. In contrast, mtROS enhanced the expression of type I IFN genes induced by RIG-I agonist in pDCs via increasing the expression and phosphorylation of stimulatory signalling proteins in this pathway. The identified novel mechanism allows pDCs to maintain viral sensing and activation in an inflammatory environment, where TLR9-induced signalling is inhibited by the elevated levels of ROS. We propose that elevated ROS in the peripheral tissues limits the TLR pathway to protect healthy tissues from the deleterious effects of excessive amounts of type I IFNs. At the same time, however, it supports a much lower amount of the RIG-I mediated type I IFN production to provide antimicrobial immune response. Another mechanism to ensure protective antimicrobial responses while reducing the severity of inflammation and tissue damage is regulation of autophagy in conventional DCs (cDC). We found that SLAMF5 signalling promotes autophagy via inhibiting proteolytic degradation of IRF8, a master regulator of autophagy by a mechanism dependent on the E3 ubiquitin ligase TRIM21. SLAMF5 inhibits the production of IL-1β and IL-23 while increases IL-12 production in LPS/IFNγ-activated cDCs in a manner that is consistent with its effect on IRF8 stability. Thus, SLAMF5 signalling appears to control the inflammatory response yet ensure optimal IL-12-mediated Th1 response. This mechanism supports neutralization of the majority of infectious threats while minimizing damage delivered to the host