The Influence of Symbiont Bacteroides vulgatus on Th17 Differentiation via Dendritic Cells

Abstract

Autoimmunerkrankungen wie chronisch entzündliche Darmerkrankungen (CED) gehen für Patienten mit schweren Alltagseinschränkungen einher. Um gezielte Therapie-Ansätze zu entwickeln, ist es unumgänglich, die zu Grunde liegenden immunologischen Prozesse besser zu verstehen. Th17-Zellen, eine Art von T-Helferzellen, bilden den Kern von adaptiven Immunreaktionen, die Autoimmunerkrankungen begünstigen. Diese T-Zell-vermittelten Immunreaktionen sind von einer engen reziproken Beziehung zwischen Th17-Zellen und regulatorischen T-Zellen (Treg-Zellen) bestimmt. Deren proinflammatorische und anti-inflammatorische Einflüsse stehen unter physiologischen Bedingungen in einer Balance. Außerdem ist mittlerweile deutlich, wie eng der Kontakt des Immunsystems mit kommensalen Bakterien ist. Besonders die Darm-Mikrobiota beeinflusst T-Zell-vermittelte autoimmune Reaktionen. Für symbiotische Bakterien wie B. vulgatus, besonders den Stamm B. vulgatus mpk, wurde ein positiver Einfluss auf dendritische Zellen (DCs), wichtige Antigen-präsentierende Zellen für T-Zellen, gezeigt. B. vulgatus mpk kann diese in einen semimaturen Zustand versetzen und mildert die induzierte murine Colitis, ein Modell für CED. Ob diese Fähigkeiten einen Einfluss auf die Induktion autoimmun-assoziierter Th17-Zellen haben, ist bislang nicht geklärt. Daher untersucht diese Arbeit, inwiefern B. vulgatus mpk durch Beeinflussung von DCs einen dämpfenden Einfluss auf die Differenzierung von naϊven T-Helferzellen zu Th17-Zellen hat. Es zeigt sich, dass die Stimulation von DCs mit B. vulgatus mpk zu einem geringeren Anteil an Th17-Zellen in Co-Kulturen von naϊven T-Zellen mit diesen DCs führt. Analysen der Zytokine IL-6 und IL-23, die bekannt für ihre Th17-induzierende Wirkung sind, ergeben, dass B. vulgatus mpk-stimulierte DCs weniger dieser Zytokine bilden als DCs, die mit E. coli mpk stimuliert werden. Um diesen Einfluss von B. vulgatus mpk auf die Regulation von IL-6 und IL-23 in DCs zu charakterisieren, werden IκBζ and MST1 untersucht, zwei zuvor in anderem Kontext mit IL-6 beschriebene Regulatoren. Bei Kontakt mit B. vulgatus mpk kann eine geringere Konzentration von IL-6 in Zusammenhang mit einer geringeren Transkription von Nfkbiz, dem Gen, das IκBζ codiert, in DCs bestätigt werden. Die Transkription von Mst1 zeigt sich hingegen unbeeinflusst von der Stimulation mit Symbiont B. vulgatus mpk oder Pathobiont E. coli mpk. Um einen Einfluss von Feedbackschleifen auf die Bildung Th17-induzierender Zytokine durch DCs auszuschließen, wird der Effekt durch rekombinantes IL-17 und IL-22 auf die Bildung von Zytokinen in DCs untersucht. Die Produktion dieser Th17-induzierenden Zytokine in DCs ist unabhängig von retrograd wirkenden charakteristischen Th17 Zytokinen. Zusammenfassend deuten meine Ergebnisse darauf hin, dass der Kontakt von DCs mit symbiotischen Bakterien wie B. vulgatus mpk die Differenzierung potenziell destruktiv wirkender Th17-Zellen vermindert. Dies ist ein vielversprechender Ansatz für zukünftige Therapien im Kontext von Überreaktionen des Immunsystems und Autoimmunität ist.

Autoimmune diseases such as inflammatory bowel disease (IBD) are accompanied by severe limitations to living a normal life. Hence, a thorough understanding of the underlying immunological events is crucial to develop new therapies. T helper17 (Th17) cells act at the core of adaptive immune responses that facilitate autoimmune disorders. They are known to have a close reciprocal relationship with regulatory T cells, forming a balance of pro- and anti-inflammatory actions under physiological conditions. Apart from that, the immune system is in close contact to commensal microbes. Especially the intestinal microbiota have been linked closely to T cell-mediated autoimmunity. Symbiotic bacteria such as the strain Bacteroides vulgatus mpk (B. vulgatus mpk), have been shown to positively influence the action of T cell-activating dendritic cells (DCs). B. vulgatus mpk has the capacity to drive DCs into a semimature state and to ameliorate murine colitis, a model for IBD in mice. If and how this ability of B. vulgatus mpk influences Th17 induction is not known. For this purpose, effects of B. vulgatus mpk on DCs and on co-cultivated naïve T cells are compared to effects of the model pathobiont E. coli mpk. Stimulation of DCs with symbiont B. vulgatus mpk results in a lower fraction of co-cultivated T cells differentiating into Th17 cells compared to priming with pathobiont E. coli mpk. Analysis of cytokines IL-6 and IL-23, that induce and maintain pathogenic Th17 cells, reveals that after stimulation with B. vulgatus mpk DCs produce less Th17-inducing cytokines compared to stimulation with the pathobiont E. coli mpk. So, two known molecular regulators of IL-6 in immune cells, IκBζ and MST1, are investigated in context with regulation of IL-6 and IL-23 in DCs after stimulation with B. vulgatus mpk. A lower concentration of IL-6 associated with a lower transcription of Nfkbiz, the gene of IκBζ, in DCs can be affirmed. In contrast to IκBζ, Mst1 mRNA analysis shows no symbiont B.vulgatus mpk- and pathobiont E.coli mpk-dependent regulation. 70 Additionally, the expression of Th17-inducing cytokines by DCs could be influenced retrogradely by feedback loops of cytokines secreted by Th17 cells. To investigate this, the effect of recombinant IL-17 and IL-22 stimulation on DC cytokine production is explored. The results suggest that ability of DCs to induce Th17 cells is not regulated by retrograde exposure to Th17 signature cytokines under these settings. Taken together, my results indicate that contact of DCs with the symbiotic bacterium B. vulgatus mpk in contrast to contact with pathobiont E. coli mpk indirectly tilts T helper cell differentiation away from a potentially destructive activation of Th17 cells, giving evidence for its role in intestinal homeostasis. This is facilitated by a lower secretion of Th17-inducing cytokines IL-6 and IL-23 by DCs. For IL-6, this lower secretion is correlated with lower production of its regulator IκBζ in DCs. Thus, stimulation of DCs with B. vulgatus mpk is a promising mechanism for approaching treatment options and is especially important in the context of immune overreaction and autoimmunity.