Analysis of notch-driven regulation of dendritic cell function

An effective immune response against pathogens or cancer requires proper guidance of the immune system. Being the first responders in innate immunity, Dendritic Cells (DCs) provide essential and differentiation cues to T cells, guiding them down specific effector lineages. Cell-cell communication through Notch signaling is initiated by trans-binding of receptor and ligand on neighboring cells to guide various cell fate decisions. However, recently it has been shown that cis-interaction of Notch receptor and Delta ligand in mammalian cells can result in inhibition of Notch signaling. DCs are known to express both Notch ligands and receptors. We have previously shown that DCs differentially express Notch ligands in response to stimuli associated with specific TH lineages. These findings suggest that relative abundance of Notch ligands to receptors may lead the cell to adopt a phenotype associated with signaling through either Notch ligand or receptor. Thereby, we hypothesize that the Notch signaling directly regulates DC function and therefore indirectly modulates T-cell polarization. To observe Notch signaling associated with different states of DC activation, we measured expression of components of Notch signal transduction in response to the Toll-like receptor (TLR) ligand lipopolysaccharide (LPS) and Leishmania parasites. Activation of DCs with TH1-directing LPS maintains the low Notch1 levels, but increases Notch2 expression. DCs infected with Leishmania remain immature, even if exposed to LPS subsequently, show higher Notch1 levels. Analysis of Notch1-deficient DCs, illustrated that Notch1 expression negatively regulates DC activation. Similarly, DCs stimulated with TH1-inducing agents maintain low Notch1 levels but have increased Delta4 expression. On the other hand, Notch2 expression positively regulates DC activation. Induced Notch2 expression leads to increased expression of co-stimulatory molecule CD86 and proinflammatory cytokine Interleukin 12 (IL-12). The increased Notch2 expression in DCs stimulated with LPS is, however, accompanied by a reduction in Jagged2 expression. Accordingly, Jagged2 is shown to negatively regulate IL-12 secretion. Such pattern of expression among Notch ligands and receptors (i.e. mutually exclusive expression of Notch1/Delta4 or Notch2/Jagged2) supports the evidence for cis-inhibition, a mechanism by which Notch receptors and ligands expressed on the same cell reciprocally inhibit one another. Such cis-interaction results in removal of the receptors and ligands from the cell surface and their subsequent proteolysis. All in all, our results propose that relative levels of Notch receptor and ligands can directly alter DC phenotype.Une réponse immunitaire efficace contre des pathogènes ou des cellules cancéreuses requiert un bon encadrement de la part du système immunitaire. Les cellules dendritiques (DCs) sont les premières à intervenir. Elles transmettent des signaux essentiels aux cellules T qui permettent à celles-ci de se différencier en lignées effectrices spécifiques. La communication intercellulaire à partir de la signalisation via Notch, initiée par la liaison d'un récepteur et de son ligand situés sur des cellules voisines, joue un rôle important dans la détermination du sort de ces cellules. Cependant, il a récemment été remarqué qu'une liaison en cis de Notch et de son ligand Delta résultait, chez les cellules de mammifères, en une inhibition de la voie de signalisation par Notch. Les DCs expriment les récepteurs Notch ainsi que leurs ligands. Nous avons par le passé démontré que les DCs exprimaient de façon différentielle les ligands de Notch en réponse aux stimuli associés au lignées TH.. Ces découvertes suggèrent que l'abondance relative du ligand par rapport au récepteur entraine la cellule à adopter un phénotype de cellule émettrice ou receveuse du signal. Ainsi, nous croyons que la signalisation par Notch régule de façon directe les cellules dendritiques et, indirectement, qu'elle module la polarisation des cellules T.Afin d'examiner la signalisation par Notch associée aux différents états d'activation des DCs, nous avons mesuré l'expression de certains composants de la voie de signalisation de Notch en réponse à une stimulation au lipopolysaccharide (LPS) ou au parasite Leishmania. L'activation des DCs par le LPS, qui conduit à une réponse de type TH1, a résulté en un faible taux d'expression de Notch1 et à une augmentation de l'expression de Notch2. Les cellules infectées mais demeurées immatures même suite à l'exposition au LPS avaient, elles, une forte expression de Notch1. À l'aide d'un mutant déficient conditionnel, nous avons démontré que l'expression de Notch1 régule négativement l'activation des DCs. De plus, les DCs activées accroissent l'expression du ligand Delta4, associé à l'induction d'une réponse TH1, tout en maintenant un faible niveau d'expression de Notch1. À l'inverse, l'expression de Notch2 régule positivement l'activation des DCs comme le démontre l'augmentation de l'expression de la molécule de co-stimulation CD86 ainsi que de la cytokine pro-inflammatoire Interleukine 12 (IL-12). Ce phénotype est également accompagné d'une réduction de l'expression de Jagged2, qui régule négativement la sécrétion d'IL-12. Cette observation est de plus appuyée par le phénotype observé lors de la stimulation au LPS : l'expression de Jagged2 diminue alors qu'augmente celle de Notch2. Ainsi, l'expression mutuellement exclusive de Notch1/Delta4 ou de Notch2/Jagged2 supporte l'hypothèse d'une inhibition en cis, un mécanisme par lequel les récepteurs Notch et leurs ligands exprimés sur une même cellule s'inhibent de façon réciproque. De telles interactions résultent en un retrait des récepteurs et des ligands de la membrane cellulaire suivi de leur protéolyse. Ainsi, nos résultats nous permettent de proposer que les niveaux d'expression des récepteurs Notch et de leurs ligands puissent directement altérer le phénotype des cellules dendritiques