English Title: Influence of apoptotic cells and annexin 1 on immune response and peripheral tolerance

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Abstract

Die periphere Toleranz umfasst verschiedene Mechanismen, die die Eliminierung oder das Abschalten potentiell autoreaktiver T-Zellen sicherstellen, die nicht durch die zentrale Toleranz im Thymus eliminiert wurden. Periphere T-Zellen werden abgeschaltet, wenn sie in einem Nicht-Gefahren-Kontext auf ihr MHC-präsentiertes Antigen treffen. Ein wichtiger Mechanismus der peripheren Toleranz ist das Abschalten autoreaktiver T-Zellen durch dendritische Zellen, die Selbstantigene aus zuvor phagocytierten apoptotischen Zellen präsentieren. Welche Moleküle auf der Oberfläche apoptotischer Zellen ein anti-inflammatorisches Signal an dendritische Zellen weitergeben, ist jedoch weitgehend ungeklärt. Als möglicher Vermittler dieses anti-inflammatorischen Signals wurde in unserer Arbeitsgruppe das Protein Annexin 1 identifiziert, das in einem frühen Stadium der Apoptose aus dem Cytosol an die Zelloberfläche transloziert wird (Weyd 2005). Ziel der Arbeit war es zu untersuchen, ob Annexin 1 bei der Vermittlung eines anti-inflammatorischen Signals von apoptotischen Zellen zu dendritischen Zellen eine Rolle spielt und ob dies zu einer veränderten T-Zell-Antwort führt. Als experimentelles System wurden U937-Zellen (als ein Modell für dendritische Zellen) bzw. primäre murine dendritische Zellen mit apoptotischen Zellen bzw. rekombinantem Annexin 1 kultiviert. Apoptotische Zellen unterdrücken die LPS-induzierte TNF-Sekretion von U937-Zellen, während die Sekretion von IL-10 nicht beeinflusst ist. Die Suppression ist zellkontaktabhängig und wird durch gegen Annexin 1 gerichtete Antikörper weitgehend aufgehoben. Analog supprimieren apoptotische murine Milzzellen die pro-inflammatorische Cytokinsekretion primärer muriner dendritischer Zellen. Die Sekretion von TNF, IL 12 (p70) und IL 1β ist verringert; während die Sekretion von IL 13 nicht beeinträchtigt ist. Rekombinantes Annexin 1 unterdrückt ebenfalls die pro-inflammatorische Cytokinsekretion von U937-Zellen und murinen dendritischen Zellen. Die Suppression wird wiederum durch Antikörper gegen Annexin 1 aufgehoben. Zudem reduziert rekombinantes Annexin 1 die Expression der kostimulatorischen Moleküle CD86 und CD40 auf der Oberfläche der murinen dendritischen Zellen. Die Expression von MHC II ist unverändert. Sowohl apoptotische Zellen als auch rekombinantes Annexin 1 induzieren einen veränderten Phänotyp der dendritischen Zellen, der nach Zugabe von Ovalbumin als Antigen zu einer verminderten Proliferation syngener ovalbuminspezifischer OT-II T-Zellen führt. Die T-Zellen sezernieren zudem geringere Mengen des pro-inflammatorischen Cytokins IFN-γ. Diese Daten zeigen, dass Annexin 1 auf apoptotischen Zellen eine wichtige Rolle bei der Vermittlung eines anti-inflammatorischen Signals an dendritische Zellen spielt. Annexin 1 hemmt die Aktivierung der dendritischen Zellen und damit möglicherweise eine Proliferation potentiell autoreaktiver T-Zellen. Dieser Mechanismus könnte dazu beitragen, Antigene aus apoptotischen Zellen als ungefährlich zu kennzeichnen und in der Peripherie autoreaktive T-Zellen abzuschalten oder zu eliminieren.

Translation of abstract (English)

Peripheral tolerance comprises several mechanisms that ensure the elimination or silencing of potentially auto-reactive T cells that have escaped thymic selection. Peripheral T cells are silenced when they encounter self-antigen presented on MHC molecules in a non-danger context. One important source of auto-antigens are apoptotic cells that have been engulfed by dendritic cells. It has, however, not been fully understood which signals on apoptotic cells determine the non-reactivity against self. Annexin 1, a protein that translocates from the cytosol to the surface of early apoptotic cells, has been identified in our group as a possible mediator of this anti-inflammatory effect (Weyd 2005). The aim of this study was to investigate whether annexin 1 on the surface of apoptotic cells mediates an anti-inflammatory signal to dendritic cells and if a possible signal leads to a change in the stimulation of T cells by dendritic cells. To this end, a coculture system was established comprising U937 cells (as a model for dendritic cells) or primary murine dendritic cells and apoptotic cells or recombinant annexin 1. Apoptotic cells suppress the LPS-induced TNF secretion of U937 cells whereas the secretion of IL-10 is not influenced. The suppression is cell contact-dependent and can be abrogated by polyclonal antibodies directed against annexin 1. In analogy, apoptotic murine splenocytes suppress the pro-inflammatory cytokine secretion of primary murine dendritic cells. The secretion of TNF, IL-1β and IL-12 (p70) is reduced whereas the secretion of IL-13 is not altered. Recombinant annexin 1 also reduces the pro-inflammatory cytokine secretion of U937 cells and of murine dendritic cells. Again, the suppression is abrogated by polyclonal antibodies directed against annexin 1. Furthermore, recombinant annexin 1 reduces the LPS-induced surface expression of the costimulatory molecules CD86 and CD40 while the expression of MHC II remains constant. Dendritic cells that are incubated with apoptotic cells or annexin 1 and pulsed with ovalbumin as antigen show an altered phenotype that results in a reduced capability to stimulate syngeneic ovalbumin-specific OT-II T cells. The cells proliferate less and secrete a lower amount of the pro-inflammatory cytokine IFN γ. Taken together, the data suggest that annexin 1 acts as an anti-inflammatory signal on the surface of apoptotic cells. The interaction between dendritic cells and annexin 1 suppresses the activation of dendritic cells and thereby their capacity to prime T cells. This mechanism might help to define antigens from apoptotic cells as harmless and switch off or eliminate autoreactive T cells in the periphery.