Toll-like receptor-mediated induction of type I interferons promotes functional modifications and changing in the gene expression profile along dendritic cell maturation

Le cellule dendritiche (DC) sono considerate le principali cellule presentanti l`antigene per la loro straordinaria capacità di modulare sia la risposta innata che quella adattativa. Il riconoscimento dei patogeni da parte dei Toll-like Receptors (TLR) induce la maturazione delle DC e la successiva produzione di citochine necessarie per la regolazione della risposta immunitaria. Tra le citochine prodotte, gli Interferoni di tipo I (IFN) svolgono un ruolo chiave nella regolazione della risposta immunitaria in quanto, oltre a regolare la proliferazione, differenziamento e maturazione di diverse popolazioni leucocitarie, sono in grado di modulare diverse funzioni delle DC agendo in maniera autocrina e paracrina. Sulla base di queste evidenze gli obiettivi principali di questa tesi sono stati la caratterizzazione del profilo di espressione dei vari sottotipi degli IFN di tipo I indotti nelle DC in seguito ad infezione virale o attivazione dei TLR e l’analisi delle modificazioni funzionali e dei cambiamenti nel trascrittoma IFN-mediati durante la maturazione delle DC. I risultati ottenuti dimostrano: - che sia l`infezione delle DC con il virus dell`Influenza di tipo A (Flu) o con il virus Sendai (SV) che la stimolazione del TLR3 e TLR4 con i rispettivi agonisti, l`acido polinosinic-poliacitidilico [poly(I:C)] e il lipopolisaccaride (LPS), inducono un`espressione selettiva dei vari sottotipi degli IFN di tipo I. In particolare, mentre tutti gli IFN di tipo I analizzati vengono indotti in seguito ad infezione virale, l`attivazione del TLR3 e TLR4 promuove soprattutto l`espressione dell` IFN-beta suggerendo la possibilità che questa citochina abbia un ruolo cruciale nel processo di maturazione delle DC; - l’esistenza di uno specifico set di geni, coinvolti nelle risposte immuni anti-virali o anti-batteriche, specificamente indotto dalla produzione di IFN-beta durante la maturazione delle DC indotta dal trattamento con LPS; - che fra i geni IFN-regolati è presente Viperin (virus inhibitory protein, endoplasmic reticulum-associated, interferon-beta inducible), una molecola che possiede un’attività antivirale il cui ruolo non è stato completamente chiarito. La stimolazione del TLR3 e del TLR4 induce alti livelli di espressione di Viperin tramite il pathway intracellulare che coinvolge TRIF, TBK1 e il recettore per il type I IFN (IFNalfa/betaR), mentre l`espressione di Viperin indotta dall`infezione con SV è TLR-independente e coinvolge l`RNA elicasi Retinoic acid-inducible gene (RIG-I). Abbiamo inoltre identificato come fattore trascrizionale chiave per l`induzione di Viperin il complesso IFN-stimulated gene factor (ISGF)-3, la cui azione viene bloccata dal repressore trascrizionale positive regulatory domain I-binding factor 1 (PRDI-BF1, anche chiamato BLIMP1) in grado di competere con ISGF-3 per i siti IFN stimulatory and regulatory element (ISRE) presenti all`interno della regione promotrice del gene Viperin. - il gene codificante per il TLR7 è indotto in maniera IFN-dipendente durante la maturazione delle DC mediata da LPS. Sono stati esaminati i meccanismi responsabili dell`espressione del TLR7 identificando nel fattore trascrizionale IRF-1, i cui siti di legame sono presenti nel promotore del TLR7, il principale attivatore. Inoltre, abbiamo dimostrato che il “priming” con IFN- esogeno delle DC immature, che esprimono solo il TLR8, induce un TLR7 funzionalmente attivo. Infatti, l’utilizzo di un agonista specifico per il TLR7 (3M-001) induce la maturazione delle DC caratterizzata dall`espressione di molecole costimolatorie e dalla produzione di citochine pro-infiammatorie e regolatorie. L’insieme dei nostri dati suggerisce che il rilascio di IFN di tipo I, indotto dalla stimolazione del TLR4, induce nelle DC uno specifico programma trascrizionale in grado di amplificare l`espressione di “sensori” intracellulari per differenti patogeni e rispondere in questo modo correttamente e combinatoriamente sia alle infezioni virali che a quelle batteriche

Dual effect of Thymosin α 1 on human monocyte-derived dendritic cellin vitrostimulated with viral and bacterial toll-like receptor agonists

OBJECTIVES: Thymosin α 1 (Tα1) recently gained interest as immune adjuvant for vaccines because of its ability to modulate the T-cell/dendritic cell (DC) axis and to improve antibody production. The objective of this study was to determine whether Tα1 would address in vitro the response of human primary monocyte-derived DC, crucial regulators of vaccine-induced immunity, upon exposure to different toll-like receptor (TLR) agonists or infection with viruses or bacteria. METHODS: DC maturation and production of pro-inflammatory cytokines were analyzed. RESULTS: Our data revealed a dual effect of Tα1 on DC biology upon viral or bacterial stimulation. Interestingly, Tα1 enhanced human leukocyte antigen (HLA)-I and II surface expression and secretion of IL-6, TNF-α and IL-8 when DCs were treated with viral TLR3 and TLR7/8 agonists. Similarly, in pandemic H1N1 influenza A-infected DCs, Tα1 raised the expression of maturation markers and type I and III Interferon (IFN). In contrast, following bacterial TLR2 and 4 stimulation, as well as upon Bacillus Calmette-Guerin infection, the presence of Tα1 in DC cultures drastically lowered the analyzed cellular parameters. CONCLUSION: The knowledge that Tα1 pleiotropic effect might ameliorate anti-viral immune responses and, at the same time, dampen inflammation caused by bacterial infections could lay the groundwork for a more appropriate therapeutic application of this molecule

Impact of Mycobacterium tuberculosis RD1-locus on human primary dendritic cell immune functions

Modern strategies to develop vaccines against Mycobacterium tuberculosis (Mtb) aim to improve the current Bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccine or to attenuate the virulence of Mtb vaccine candidates. In the present study, the impact of wild type or mutated region of difference 1 (RD1) variants on the immunogenicity of Mtb and BCG recombinants was investigated in human primary dendritic cells (DC). A comparative analysis of transcriptome, signalling pathway activation, maturation, apoptosis, cytokine production and capacity to promote Th1 responses demonstrated that DC sense quantitative and qualitative differences in the expression of RD1-encoded factors - ESAT6 and CFP10 - within BCG or Mtb backgrounds. Expansion of IFN-γ producing T cells was promoted by BCG::RD1-challenged DC, as compared to their BCG-infected counterparts. Although Mtb recombinants acted as a strong Th-1 promoting stimulus, even with RD1 deletion, the attenuated Mtb strain carrying a C-terminus truncated ESAT-6 elicited a robust Th1 promoting phenotype in DC. Collectively, these studies indicate a necessary but not sufficient role for the RD1 locus in promoting DC immune-regulatory functions. Additional mycobacterial factors are likely required to endow DC with a high Th1 polarizing capacity, a desirable attribute for a successful control of Mtb infection

Apoptotic epitope-specific CD8+ T cells and interferon signaling intersect in chronic hepatitis C virus infection

CD8(+) T cells specific to caspase-cleaved antigens derived from apoptotic T cells represent a principal player in chronic immune activation (CIA). Here, we found that both apoptotic epitope (AE)-specific and hepatitis C virus (HCV)-specific CD8(+) T cells were mostly confined within the effector memory (EM) or terminally differentiated EM CD45RA(+) cell subsets expressing a dysfunctional T-helper-1-like signature program in chronic (c)HCV infection. However, AE-specific CD8(+) T cells produced tumor necrosis factor (TNF)-α and interleukin-2 at the intrahepatic level significantly more than HCV-specific CD8(+) T cells, despite both populations acquiring high levels of programmed death-1 receptor expression. Contextually, only AE-specific CD8(+) T cells correlated with both interferon-stimulated gene levels in T cells and hepatic fibrosis score. Taken together, these data suggest that AE-specific CD8(+) T cells can sustain CIA by their capacity to produce TNF-α and be resistant to inhibitory signals more than HCV-specific CD8(+) T cells in cHCV infection

Author Correction:Transcriptional dysregulation of Interferome in experimental and human Multiple Sclerosis

The original version of this Article contained a typographical error in the spelling of the author Eliana M Coccia, which was incorrectly given as Eliana Coccia. This has now been corrected in the PDF and HTML versions of the Article, and in the accompanying Supplementary Material files

Fatty acid metabolism complements glycolysis in th selective regulatory t cell expansion during tumor growth

The tumor microenvironment restrains conventional T cell (Tconv) activation while facilitating the expansion of Tregs. Here we showed that Tregs’ advantage in the tumor milieu relies on supplemental energetic routes involving lipid metabolism. In murine models, tumor-infiltrating Tregs displayed intracellular lipid accumulation, which was attributable to an increased rate of fatty acid (FA) synthesis. Since the relative advantage in glucose uptake may fuel FA synthesis in intratumoral Tregs, we demonstrated that both glycolytic and oxidative metabolism contribute to Tregs’ expansion. We corroborated our data in human tumors showing that Tregs displayed a gene signature oriented toward glycolysis and lipid synthesis. Our data support a model in which signals from the tumor microenvironment induce a circuitry of glycolysis, FA synthesis, and oxidation that confers a preferential proliferative advantage to Tregs, whose targeting might represent a strategy for cancer treatment

Superior Immunogenicity of Inactivated Whole Virus H5N1 Influenza Vaccine is Primarily Controlled by Toll-like Receptor Signalling

In the case of an influenza pandemic, the current global influenza vaccine production capacity will be unable to meet the demand for billions of vaccine doses. The ongoing threat of an H5N1 pandemic therefore urges the development of highly immunogenic, dose-sparing vaccine formulations. In unprimed individuals, inactivated whole virus (WIV) vaccines are more immunogenic and induce protective antibody responses at a lower antigen dose than other formulations like split virus (SV) or subunit (SU) vaccines. The reason for this discrepancy in immunogenicity is a long-standing enigma. Here, we show that stimulation of Toll-like receptors (TLRs) of the innate immune system, in particular stimulation of TLR7, by H5N1 WIV vaccine is the prime determinant of the greater magnitude and Th1 polarization of the WIV-induced immune response, as compared to SV- or SU-induced responses. This TLR dependency largely explains the relative loss of immunogenicity in SV and SU vaccines. The natural pathogen-associated molecular pattern (PAMP) recognized by TLR7 is viral genomic ssRNA. Processing of whole virus particles into SV or SU vaccines destroys the integrity of the viral particle and leaves the viral RNA prone to degradation or involves its active removal. Our results show for a classic vaccine that the acquired immune response evoked by vaccination can be enhanced and steered by the innate immune system, which is triggered by interaction of an intrinsic vaccine component with a pattern recognition receptor (PRR). The insights presented here may be used to further improve the immune-stimulatory and dose-sparing properties of classic influenza vaccine formulations such as WIV, and will facilitate the development of new, even more powerful vaccines to face the next influenza pandemic

Toll-like receptor-mediated induction of type I interferons promotes functional modifications and changing in the gene expression profile along dendritic cell maturation

Le cellule dendritiche (DC) sono considerate le principali cellule presentanti l`antigene per la loro straordinaria capacità di modulare sia la risposta innata che quella adattativa. Il riconoscimento dei patogeni da parte dei Toll-like Receptors (TLR) induce la maturazione delle DC e la successiva produzione di citochine necessarie per la regolazione della risposta immunitaria. Tra le citochine prodotte, gli Interferoni di tipo I (IFN) svolgono un ruolo chiave nella regolazione della risposta immunitaria in quanto, oltre a regolare la proliferazione, differenziamento e maturazione di diverse popolazioni leucocitarie, sono in grado di modulare diverse funzioni delle DC agendo in maniera autocrina e paracrina. Sulla base di queste evidenze gli obiettivi principali di questa tesi sono stati la caratterizzazione del profilo di espressione dei vari sottotipi degli IFN di tipo I indotti nelle DC in seguito ad infezione virale o attivazione dei TLR e l’analisi delle modificazioni funzionali e dei cambiamenti nel trascrittoma IFN-mediati durante la maturazione delle DC. I risultati ottenuti dimostrano: - che sia l`infezione delle DC con il virus dell`Influenza di tipo A (Flu) o con il virus Sendai (SV) che la stimolazione del TLR3 e TLR4 con i rispettivi agonisti, l`acido polinosinic-poliacitidilico [poly(I:C)] e il lipopolisaccaride (LPS), inducono un`espressione selettiva dei vari sottotipi degli IFN di tipo I. In particolare, mentre tutti gli IFN di tipo I analizzati vengono indotti in seguito ad infezione virale, l`attivazione del TLR3 e TLR4 promuove soprattutto l`espressione dell` IFN-beta suggerendo la possibilità che questa citochina abbia un ruolo cruciale nel processo di maturazione delle DC; - l’esistenza di uno specifico set di geni, coinvolti nelle risposte immuni anti-virali o anti-batteriche, specificamente indotto dalla produzione di IFN-beta durante la maturazione delle DC indotta dal trattamento con LPS; - che fra i geni IFN-regolati è presente Viperin (virus inhibitory protein, endoplasmic reticulum-associated, interferon-beta inducible), una molecola che possiede un’attività antivirale il cui ruolo non è stato completamente chiarito. La stimolazione del TLR3 e del TLR4 induce alti livelli di espressione di Viperin tramite il pathway intracellulare che coinvolge TRIF, TBK1 e il recettore per il type I IFN (IFNalfa/betaR), mentre l`espressione di Viperin indotta dall`infezione con SV è TLR-independente e coinvolge l`RNA elicasi Retinoic acid-inducible gene (RIG-I). Abbiamo inoltre identificato come fattore trascrizionale chiave per l`induzione di Viperin il complesso IFN-stimulated gene factor (ISGF)-3, la cui azione viene bloccata dal repressore trascrizionale positive regulatory domain I-binding factor 1 (PRDI-BF1, anche chiamato BLIMP1) in grado di competere con ISGF-3 per i siti IFN stimulatory and regulatory element (ISRE) presenti all`interno della regione promotrice del gene Viperin. - il gene codificante per il TLR7 è indotto in maniera IFN-dipendente durante la maturazione delle DC mediata da LPS. Sono stati esaminati i meccanismi responsabili dell`espressione del TLR7 identificando nel fattore trascrizionale IRF-1, i cui siti di legame sono presenti nel promotore del TLR7, il principale attivatore. Inoltre, abbiamo dimostrato che il “priming” con IFN- esogeno delle DC immature, che esprimono solo il TLR8, induce un TLR7 funzionalmente attivo. Infatti, l’utilizzo di un agonista specifico per il TLR7 (3M-001) induce la maturazione delle DC caratterizzata dall`espressione di molecole costimolatorie e dalla produzione di citochine pro-infiammatorie e regolatorie. L’insieme dei nostri dati suggerisce che il rilascio di IFN di tipo I, indotto dalla stimolazione del TLR4, induce nelle DC uno specifico programma trascrizionale in grado di amplificare l`espressione di “sensori” intracellulari per differenti patogeni e rispondere in questo modo correttamente e combinatoriamente sia alle infezioni virali che a quelle batteriche

TLR-mediated activation of type I IFN during antiviral immune responses: fighting the battle to win the war

Toll-like receptors (TLRs) are crucially important in the sensing of viral infections and viral nucleic acids. TLR triggering leads to the induction of specific intracellular signaling cascades that result in the activation of two major families of transcription factors; the IFN-regulatory factors (IRFs) and nuclear factor-kappa B (NF-kappaB). IRFs and NF-kappaB work together to trigger the production of type I interferons (IFNalpha/beta) or inflammatory cytokines leading to the maturation of dendritic cells and the establishment of antiviral immunity. This review will focus on the most recent findings relating to the regulation of IRF activity by TLRs, highlighting the increasing complexity of TLR-mediated signaling pathways