The glucocorticoid dexamethasone programs human dendritic cells for enhanced phagocytosis of apoptotic neutrophils and inflammatory response

Judit Hodrea, University of Debrecen, Department of Biochemistry and Molecular Biology Doctoral School of Molecular Cell and Immune Biology

Supervisor: Prof. Dr. László Fésüs, M.D., M.H.A.Sc.

Summary

Clearance of apoptotic cells is crucial in maintaining tissue homeostasis. It is performed mainly by professional phagocytes including dendritic cells, the key-players of the immune system. In our work we investigated the role of glucocorticoid dexamethasone on the functions of monocyte-derived human dendritic cells.
Dexamethasone increased the phagocytosis of apoptotic neutrophils by immature dendritic cells. DCs develop their capacity to engulf apoptotic cells by up-regulating a set of apopto-phagocytic genes. This gene expression pattern was reprogrammed when differentiation took place in the presence of the synthetic glucocorticoid dexamethasone, which increased the expression of phagocytosis receptors MERTK and CD14, the bridging molecule C1QA, DNASE2 and the adenosine A3 receptor (ADORA3). The increased phagocytosis was attenuated by the addition of ADORA3 antagonist and could not be observed when bone marrow derived dendritic cells of ADORA3 knockout mice were treated with Dex. Although MERTK is up-regulated at cell surface level as well, specific antibodies could not inhibit or block the Dex induced increase of apoptotic cell uptake.

We could detect release of the inflammatory cytokine TNFα in the supernatants of Dex treated human dendritic cells, loaded with allogeneic apoptotic neutrophils, and stimulated with LPS and IFNγ. Furthermore, upon Dex treatment iDCs could activate autologous T lymphocytes toward Th1 effector cells and this was enhanced by their exposure to allogeneic apoptotic neutrophils. Several apopto-phagocytosis genes were down-regulated by the glucocorticoid in iDCs, among them TGM2, which was showed previously to be essential in apoptotic cell uptake. TGM2 is also the major auto-antigen in celiac disease, and it has been suggested that its expression on the surface of APC, can be involved in gluten uptake and in the appearance of auto-antibodies. We showed that monocyte-derived iDCs express large amount of TGM2, and this could be detected on the cell surface. We also showed that the cell surface TGM2 is catalytically active and upon LPS stimulation the surface expression level increased, supporting the hypothesis that an unspecific inflammatory process in the gut may expose more transglutaminase activity. The fact that TGM2 is down-regulated by the glucocorticoid treatment while the phagocytic capacity is increased during the differentiation shows that alternative pathways up-regulated by Dex can replace the apopto-phagocytic action of TGM2.

Összefoglalás

A szöveti homeosztázis fenntartásában jelentős szerepet játszik a természetes sejthalállal elpusztult sejtek folyamatos eltakarítása. Ebben a folyamatban jelentős szerepet vállalnak a professzionális fagocita sejtek, a dendritikus sejtek, amelyek egyben az immunválasz fő szabályozói is, azon képességük révén, hogy kiválthatnak mind aktivációt mind toleranciát.
A dexametazon a gyógyászatban igen gyakran használt glükokortikoid, amely az immunrendszer minden sejtjét befolyásolja. In vitro körülmények között, monocita eredetű dendritikus sejtek fagocitáló képességére kifejtett hatását vizsgálva, azt tapasztaltuk, hogy jelentősen megnövelte az allogén apoptotikus neutrofil felvételt. Az apopto-fagocita génekre való hatása pedig ezek kifejeződésének megváltoztatásában nyilvánult meg. Olyan gének expressziója nőtt meg a dexametazon jelenlétében, mint a fagocitózis receptor MERTK és CD14, hídmolekulák közül a C1QA, DNASE2 és ADORA3. Amennyiben a sejteket ADORA3 antagonistával előkezeltük, a dendritikus sejtek fagocitáló képessége lecsökkent. Valamint a génhiányos egerekből differenciáltatott dendritikus sejtek, nem növelik meg fagocitózis képességüket a glükokortikoid kezelés hatására. A MERTK szerepének tisztázására, megvizsgáltuk fehérje szinten a sejtfelszíni expressziót. Noha detektálható a felszínen a fehérje és a glükokortikoid hatásra megnő a felszíni expressziója, specifikus antitestek nem gátolták a fagocitózis Dex indukálta megnövekedését.
Dexametazon hatására, apotótikus allogén neutrofil bekebelezése valamint LPS és IFNγ stimulus után, a dendritikus sejtek, TNFα gyulladási citokint termelnek. A megkezelt sejtek képesek T sejt aktiválásra, amit az apoptotikus neutrofilek fagocitózisa képes tovább fokozni.
Az apopto-fagocita gének közül, a TGM2 expresszója csökkent. Egér makrofágokon kimutatták, hogy ez az enzim szükséges az apotótikus sejtek fagocitózisához. Feltételezés szerint humán rendszerben, lisztérzékeny betegek estén, a fő antigén prezentáló sejtek (dendritikus sejtek) felszínén lévő transzglutamináznak szerepe lehet a gliadin deamidálásában és a glutén-reaktív T-sejtek fokozott aktiválódásában. Azonban nem ismert olyan adat, amely a humán antigén prezentáló sejtek felszíni TGM2 expresszióját alátámasztaná, valamint a deamidálás pontos helye sem ismert. Eredményeink azt mutatják, hogy a humán monocita eredetű dendritikus sejtek kifejezik a sejtfelszínen ezt a fehérjét és az aktív. Valamint LPS-el való stimulálás esetén a felszíni expresszió megnő. A tény, hogy a glükokortikoid hatásra a TGM2 kifejeződése mind gén, mind fehérje szinten lecsökken, miközben a sejtek fagocitáló képessége megnő, arra utal, hogy Dex hatására alternatív útvonalak aktiválódnak, amelyek helyettesíthetik a transzglutamináz apoptotikus sejtfelvételben játszó szerepét.