The clearance of apoptotic cells by macrophages plays a crucial role in tissue repair, suppressing inflammation and regulating immune responses. Transglutaminase 2 (TG2) is a protein crosslinking enzyme with diverse biological functions. Among many others it acts as an integrin β3 co-receptor. We have previously shown that in TG2-/- mice the in vivo clearance of apoptotic cells is defective leading to development of SLE like autoimmunity. This was partially related to a defect in TGF-β activation, as TGFβ released by macrophages digesting apoptotic cells promotes phagocytosis of apoptotic cells and inhibits inflammatory responses. In the present work the role of TG2 was studied in details in the engulfment of apoptotic cells by macrophages. Here we report that TG2 promotes phagocytosis of apoptotic cells by acting on the macrophage cell surface in guanine nucleotide bound form. Besides being a binding partner for integrin β3, a receptor known to mediate the uptake of apoptotic cells via activating Rac1, we also show that TG2 binds milk fat globule EGF-factor 8 (MFG-E8), a protein known to bridge integrin β3 to phosphatidylserine on apoptotic cells. We report that in wild-type macrophages one or two engulfing portals are formed during phagocytosis of apoptotic cells that are characterized by accumulation of integrin β3 and Rac1. In the absence of TG2, although the levels of integrin β3 are enhanced, integrin β3 and consequently Rac1 can not be concentrated and activated at one pole of the macrophage. The defect in the alpha(v)β3 integrin signaling leads to an abnormal actin cytoskelatal organization and the efficient engulfing gate is not formed. Together, our data indicate that TG2 is a new protein member of the phagocytic cup, which together with MFG-8 is required for proper apoptotic cell recognition and integrin β3 signaling. In the present study we also describe a subline of TG2-/- mice, in which integrin β3 expression compensatory increases resulted alone in a high receptor concentration around the apoptotic cells without the requirement for accumulation. The elevated integrin β3 levels were sufficient to overcome the defect caused by the loss of TG2 in the initiation phase of integrin β3 signaling, but a significant accumulation of Rac1 around the apoptotic cells did not occur, and the phagocytosis of apoptotic cells was more severely affected. The lack of Rac1 accumulation was partially related to a defect of PI-3-kinase activation. Our data provide a proof for the concept that the function of TG2 is to stabilize accumulated integrin β3 concentration in the phagocytic cup.

A makrofágok által történő apoptotikus sejtek eltakarítása nélkülözhetetlen a szövetek helyrehozásához, a gyulladási folyamatok elkerüléséhez és az immunválasz szabályozásához. TG2 fehérjéket keresztkötő enzim, számos más biológiai funkcióval. Ezek közül az egyik, hogy az integrin β3 koreceptora. Korábban kimutattuk, hogy a TG2-/- egerekben in vivo az apoptotikus sejtek fagocitózisa zavart, amely SLE-szerű autoimmunitáshoz vezet. Ez részben összefüggött a hiányos TGF-β aktivációval, mivel az apoptotikus sejteket emésztő makrofágok által kibocsájtott TGF-β segíti a további apoptotikus sejtek fagocitózisát és gátolja gyulladásos immunválszt. Ebben a munkában a TG2 szerepét vizsgáltuk részleteiben a fagocitáló makrofágok oldaláról. Kimutattuk, hogy a TG2 a makrofág sejtfelszínén, guanin nukleotidkötött formában segíti az apoptotikus sejtek felvételét. Amellett, hogy kötődik az integrin β3 receptorhoz, amelyről ismert, hogy részt vesz az apoptotikus sejtek felvételében, a Rac aktivációján kersztül, kimutattuk, hogy a TG2 köti a MFG-E8, amely egy áthidaló molekula az integrin β3 és a PS között. Kimutattuk továbbá, hogy az apoptotikus sejtek fagocitózisa során a vad típusú makrofágok egy vagy két fagocitáló kaput képeznek, amelyeket integrin β3 és Rac1 felhalmozódásával jellemezhetünk. A TG2 hiányában, bár az integrin β3 szint emelkedik, de az integrin β3 és ennek következtében a Rac1 nem tud a makrofág egy pólushoz koncentrálódni. Az integrin αvβ3 jelátviteli zavar abnormális citoszkeletáris szerkezethez vezet és nem alakul ki egy hatásos fagocitáló kapu. Adataink együttesen jelzik, hogy a TG2 egy új fehérjéje a fagocitáló kapunak, amely az MFG-E8 fehérjével együtt szükséges a helyes apoptotikus sejt felismeréshez és integrin β3 jelátvitelhez. Jelen munkánkban szintén bemutattuk a TG2-/- egerek egy altörzsét, melyben az integrin β3 kifejeződése emelkedett, és a teljes sejtfelszínen tapasztalt magas receptor koncentráció magas receptor szintet eredményezett az apoptotikus sejt körül is, azonban a Rac1 molekula felhalmozódása nem történt az apoptotikus sejt körül, ami még súlyosabb fagocitózis zavart eredményezett. A Rac1 csoportosulásának hiánya részben összefügg a PI-3 kináz aktivációjának zavarával. Adataink bizonyítják, hogy a TG2 feladata az integrin β3 felhalmozódásának stabilizálása a fagocitáló kapuban.