Intrazelluläre Mechanismen der MHC I-Antigenpräsentation in Chlamydien-infizierten dendritischen Zellen

Abstract

Für die effektive Bekämpfung einer Chlamydieninfektion sind zytotoxische T-Lymphozyten (CTLs) von entscheidender Bedeutung. Trotz dieser wichtigen Aufgabe der CTLs sind die intrazellulären Prozesse der chlamydialen Antigenpräsentation auf MHC I-Moleküle in infizierten professionellen antigenpräsentierenden Zellen (APCs) weitgehend unverstanden. Um die MHC I-vermittelte Präsentation chlamydialer Antigene zu untersuchen, wurden in vitro-Infektionsstudien mit der immortalisierten DC-Zelllinie JAWSII durchgeführt. Zunächst konnte gezeigt werden, dass die Infektion mit C. psittaci zur funktionalen Reifung der DCs führt, was sich in ihrer morphologischen Differenzierung sowie der Sekretion proinflammatorischer Zytokine und Chemokine äußerte. Anhand von Immunfluoreszenzuntersuchungen wurde die Kolokalisation chlamydialer Inklusionen mit Cathepsin-positiven Endosomen beobachtet, wobei den Cathepsinen eine entscheidende Rolle für die Antigenprozessierung der vakuolaren MHC I-Kreuzpräsentation zugesprochen wird. Des Weiteren zeigte sich während der Infektion eine Hochregulation der MHC I-Expression sowie der MHC I-Oberflächenpräsentation. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass im Verlauf der Chlamydieninfektion MHC I-Moleküle in DCs verstärkt endosomal recyceln und in Cathepsin-positive Kompartimente gelangen. Um die Relevanz der verschiedenen Komponenten des klassischen MHC I-Weges und der Kreuzpräsentationswege für die chlamydiale Antigenpräsentation zu untersuchen, wurden abschließend Antigenpräsentations-Assays durchgeführt. Dabei wurde die Aktivierung Chlamydien-spezifischer CTLs durch verschiedene DC-Varianten, bei denen die Wege der Antigenpräsentation an verschiedenen Stellen in gezielter Weise mittels Inhibition oder siRNA beeinträchtigt wurden, ermittelt. Bei Inhibition der MHC I-Oberflächenpräsentation und des endosomalen Recyclings ist die chlamydiale Antigenpräsentation weitestgehend unterbunden. Ebenso scheint die Proteolyse durch Cathepsin D und S von entscheidender Bedeutung zu sein. Die Prozessierung der chlamydialen Antigene ist zudem abhängig von dem Antigen-Transporter TAP sowie dem Proteasom. Im Gegensatz dazu ist das Chaperon Tapasin, welches die Assemblierung und Reifung der MHC I-Moleküle im ER kontrolliert, für die MHC I-Beladung mit chlamydialen Antigenen nicht essentiell. Zusammenfassend liefern die Ergebnisse dieser Arbeit Hinweise darauf, dass chlamydiale Antigene zunächst in Endosomen Cathepsin-abhänging präprozessiert werden, bevor sie ins Zytosol gelangen, um dort durch das Proteasom weiter abgebaut zu werden. Da für TAP auch eine Lokalisation in endozytotischen Membranen beobachtet werden konnte, liegt die Vermutung nahe, dass chlamydiale Antigene über TAP vom Zytosol wieder in endosomale Kompartimente transportiert werden, in denen die Beladung der MHC I-Moleküle stattfindet. Bei diesen MHC I-Molekülen handelt es sich vermutlich überwiegend um präexistierende MHCs, die über endosomale Recycling-Prozesse von der Zelloberfläche zurück in die Zelle gelangen. Die gewonnenen Erkenntnisse geben erstmalig ein erweitertes Verständnis zu Abläufen der DC-vermittelten MHC I-Immunabwehr gegen Chlamydien und liefern entscheidende Grundlagen für zukünftige immunologische Behandlungsstrategien.

Cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) primed by infected dendritic cells (DCs) play an important role in the effective immune response against chlamydial infection. Despite the crucial role of the CTLs, the intracellular pathway of chlamydial antigen presentation by MHC I in infected professional antigen-presenting cells (APCs) is still unclear. To investigate MHC I-presentation of chlamydial antigens in DCs we performed in vitro-infection studies using the DC cell line JAWSII. We demonstrate that C. psittaci infection leads to maturation of DCs as shown by morphological changes as well as secretion of different proinflammatory cytokines and chemokines. By immunofluorescence studies we observed a colocalization of chlamydial inclusions with late endosomes containing cathepsins, which are believed to play an essential role in the antigen processing of the vacuolar MHC I cross-presentation. Furthermore, upon chlamydial infection the expression of new synthesized MHC I molecules and surface presentation of MHC I-complexes is up-regulated. This is accompanied by an increased level of endosomal MHC I-recycling. Most interestingly, our experiments revealed that during DC-infection MHC I molecules are translocated to cathepsin-containing compartments. Finally, we have analyzed the activation of chlamydia-specific CTLs by infected DCs that are blocked for different components of the classical and non-classical MHC I-machinery. Chlamydial antigen presentation is abolished when MHC I surface presentation and endosomal recycling of infected DCs are inhibited. We also found that proteolysis by cathepsin D and S in the endosomal campartments is critical for MHC I presentation. Moreover, chlamydial antigen processing appears to depend on the antigenic peptide transporter TAP and requires functional proteasome. In contrast, the chaperone Tapasin that controls MHC I assembly and maturation in the ER seems not to be necessary for MHC I peptide loading with chlamydial antigens. Taken together, these studies provide evidence that chlamydial antigens are processed through a complex intracellular pathway that involves preprocessing in endosomes via different cathepsins and entry into the cytosol for further processing by the proteasome. In view of our observation that in DCs TAP localizes also to endocytic membranes, we propose that chlamydial antigens are translocated from the cytosol via TAP into endosomes and are mainly loaded on MHC I molecules derived from the endosomal recycling pathway. These findings give new insights into the DC-mediated MHC I immune defense against chlamydia and provide important basics for future therapeutic and immunological approaches.