The role of plasmacytoid dendritic cells in skin inflammation

Psoriasis ist eine chronische, entzündliche Erkrankung der Haut mit unbekannter Ätiologie und betrifft etwa 2-3% der Bevölkerung. Psoriasis ist charakterisiert durch die Entstehung von psoriatischen Plaques die den gesamten Körper von Patienten betreffen können was mit einer massiven Beeinträchtigung der Lebensqualität einhergehen kann. Kennzeichnend für die Erkrankung sind die erhöhte Proliferation von Keratinozyten, ein entzündliches Immuninfiltrat und die Induktion von entzündungsfördernden Mediatoren in der betroffenen Haut. Unter den Immunzellen welche die psoriatischen Hautläsionen infiltrieren sind plasmazytoide dendritische Zellen (pDCs), welche in der Pathogenese der humanen Psoriasis aufgrund der Produktion großer Mengen von Typ I Interferonen (IFNs) involviert sind. In dieser Dissertation zielte ich darauf ab die Rolle der pDCs in einem Mausmodell von psoriasis-ähnlicher Hautentzündung durch den Einsatz des Imiquimod (IMQ) Mausmodells zu klären. IMQ ist ein Agonist für Toll-like Rezeptor 7/8 (TLR7/8), ein mustererkennender “pattern recognition” Rezeptor (PRR) welcher einzelsträngige RNA erkennt. Wiederholte topische Anwendung von IMQ auf der Maushaut induziert eine Hautentzündung die den phänotypischen Eigenschaften der humanen Psoriasis gleicht. Dabei konnte ich zeigen, dass IFNAR1-/- Mäuse eine Hautentzündung vergleichbar mit jener von WT Mäusen entwickeln, was darauf hindeutet, dass Typ I IFNs für die Entwicklung der Hautentzündung im IMQ Modell entbehrlich sind. Um die Funktion der pDCs im IMQ Maus Modell besser abzugrenzen habe ich Bdca2-DTR transgene Mäuse verwendet um die pDCs transient mittels Diphterietoxin (DT) Injektionen zu depletieren. Interessanterweise führte die pDC Ablation zur Verschlimmerung der Hautentzündung iniziiert durch topische IMQ Anwendung und die Entzündung hielt auch in der Auflösungsphase an. Die erhöhte IMQ-induzierte Hautentzündung in pDC-depletierten Mäusen wurde von Veränderungen im kutanen Immuninfiltrat begleitet bestehend aus einer erhöhten Anzahl von Monozyten, Neutrophilen und dermalen gamma delta T Zellen (TCs) in Abwesenheit von pDCs. Außerdem konnte ich zeigen, dass verschiedene entzündungsfördernde Zytokine in der Haut von IMQ behandelten pDC-depletierten Mausen hochreguliert waren verglichen mit Kontrollen. Ich konnte des Weiteren eine erhöhte Häufigkeit von IL-17 produzierenden dermalen TCs, von denen gezeigt wurde, dass sie die IMQ-induzierte Hautentzündung vorantreiben, in der Haut von pDC-ablatierten Mäusen zeigen. Zusammengefasst deuten diese Daten darauf hin, dass pDCs eine immunsuppressive Rolle im IMQ Mausmodell der psoriatischen Dermatitis haben. Tatsächlich entdeckte ich, dass pDCs während IMQ-Anwendung “programmed death-ligand 1” (PD-L1) in der Haut sowie den zuführenden Lymphkonten der Haut hochregulieren. Außerdem konnte ich zeigen, dass dermale TCs während IMQ Behandlung expandieren und den verwandten inhibierenden Rezeptor PD-1 hochregulieren. Durch den Einsatz eines Kokultur-systems konnte ich zeigen, dass IMQ stimulierte pDCs die IL-17 Produktion von TCs inhibieren aufgrund von PD-1-PD-L1 Beteiligung, da Inkubation mit PD-L1 blockierenden Antikörpern die IL-17 Produktion wiederherstellte. Infolgedessen wurde die IMQ-induzierte Hautentzündung in vivo durch PD-L1 Blockade mittels der Verabreichung von PD-L1 blockierenden Antikörpern verschlimmert. Zusammengefasst hat meine Arbeit einen neuen Mechanismus aufgedeckt mit dem pDCs nach IMQ Behandlung immunsuppressive Eigenschaften ausüben welche die Hochregulation von PD-L1 involvieren, wodurch die erhöhte IL-17 Produktion von TCs eingeschränkt wird.Psoriasis is a chronic inflammatory skin disease of unknown etiology that affects approximately 2-3% of the population. Psoriasis is characterized by the development of psoriatic plaques which can affect the whole body of patients and thus psoriasis can severely impair the quality of life. Hallmarks of the disease include the increased proliferation of keratinocytes, an inflammatory immune infiltrate and the induction of pro-inflammatory mediators in affected skin. Among the immune cells that infiltrate psoriatic skin lesions are plasmacytoid dendritic cells (pDCs), which are involved in the pathogenesis of human psoriasis due to their capacity to produce vast amounts of type I interferons (IFNs). In this thesis, I aimed at elucidating the role of pDCs in a mouse model of psoriasis-like skin inflammation by employing the imiquimod (IMQ) mouse model of psoriasiform dermatitis. IMQ is an agonist of toll-like receptor 7/8 (TLR7/8), a pattern recognition receptor (PRR) that recognizes single stranded RNA. Repeated topical application of IMQ on mouse skin induces a skin inflammation which resembles the phenotypic features of human psoriasis. I could show that FNAR1-/- mice develop a skin inflammation comparable to WT mice, suggesting that type I IFNs are dispensable for the development of skin inflammation in the IMQ model. In order to delineate the function of pDCs, I employed Bdca2-DTR transgenic mice to transiently deplete pDCs following diphtheria toxin (DT) injections. Interestingly, pDC ablation aggravated the skin inflammation instigated by topical IMQ application and the inflammation persisted during the resolution phase after IMQ withdrawal. The exacerbated IMQ-induced skin inflammation in pDC-depleted mice was accompanied by an altered cutaneous immune infiltrate consisting of increased numbers of monocytes, neutrophils and dermal gamma delta T cells (TCs). Moreover, compared to controls various pro-inflammatory cytokines were up-regulated in the skin of IMQ treated and pDC-depleted mice. I could furthermore show that the frequency of IL-17 producing dermal TCs, which have been shown to drive the IMQ-induced skin inflammation, was increased in the skin of pDC-ablated mice. Together, these data suggest an immunosuppressive role of pDCs in the IMQ mouse model of psoriasiform dermatitis. In fact, I discovered that pDCs up-regulate programmed death-ligand 1 (PD-L1) in the skin as well as in skin draining lymph nodes upon IMQ application. Additionally, dermal TCs expand during IMQ treatment and up-regulate the cognate inhibitory receptor PD-1. By employing a co-culture system, I was able to show that IMQ stimulated pDCs inhibit the production of IL-17 by TCs via PD-1-PD-L1 engagement, since incubation with PD-L1 blocking antibodies restored IL-17 production. Consequently, PD-L1 blockade by the administration of PD-L1 blocking antibodies exacerbated the IMQ-induced skin inflammation in vivo. In summary, my work has revealed a novel mechanism by which pDCs elicit immunosuppressive properties following IMQ treatment involving up-regulation of PD-L1, which restrains exacerbated IL-17 production in TCs.submitted by Gabriel StulnigAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2017OeBB(VLID)267382