Frontiers in Immunology

Introduction

dendritische cellen (DC) zijn professionele antigeen presenterende cellen (Apc ‘ s) die een centrale rol spelen bij de inductie en regulatie van immuunrespons, waaronder de inductie van cytotoxische T-lymfocyten (CTL) responsen. Ze vormen een belangrijk aandachtspunt voor de ontwikkeling van vaccins tegen kanker en vele pathogenen, waaronder HIV en malaria, waar CTL-reacties nodig zijn voor bescherming en uitroeiing van ziekten. DC geladen ex vivo met tumor antigeen (Ag) zijn toegediend als vaccins aan kankerpatiënten voor meer dan 15 jaar. Ze worden goed verdragen en induceren immuunreacties, waaronder enkele klinische regressies, maar er is duidelijk ruimte voor verbetering (1). Het DC-netwerk in zowel muizen als mensen is heterogeen, met gespecialiseerde DC-subsets die specifieke immuunfuncties aansturen (2). Nieuwe ontwikkelingen in ons begrip van DC-biologie hebben een subset van DC geïdentificeerd die wordt gekenmerkt door de expressie van nieuwe markers CLEC9A (DNGR-1) (3, 4) en XCR1 (5, 6) als belangrijk voor de inductie van CTL-responsen (7). Vaccinstrategieën die Ag en activatoren rechtstreeks aan CLEC9A+XCR1+ DC in vivo leveren, beloven veel van de logistieke problemen in verband met in vitro-afgeleide vaccins te overwinnen, waardoor precisie en specificiteit van de gewenste immuunrespons mogelijk is (8). Hier bespreken we de biologische eigenschappen van CLEC9A+XCR1+ DC die hen zulke aantrekkelijke targets maken voor CTL-vaccins en nieuwe vaccinbenaderingen om hen in vivo te richten.

CLEC9A+XCR1 + DC zijn essentieel voor CTL-inductie

de opkomende complexiteit van het DC-netwerk en de optimale DC-subset naar target is de eerste belangrijke overweging voor het ontwerp van nieuwe vaccins die DC in vivo richten. In mens en muis bestaan meerdere DC-subsets die variëren in locatie, fenotype en gespecialiseerde functie (2). Zij kunnen in grote lijnen worden ingedeeld als (I) van monocyten afgeleide (Mo) DC die zich ontwikkelen uit monocyten en snel worden gerekruteerd naar ontstekingsplaatsen; (ii) plasmacytoïde DC (pDC) die belangrijke producenten zijn van type I interferonen (IFN) als reactie op TLR 7/9-ligatie en de sleutel zijn voor antivirale immuniteit; en (iii) conventionele DC (cDC) die op basis van de locatie verder kan worden onderverdeeld in “lymfoïde-residente” en “migrerende” DC (2). De lymfoïde-resident DC capture AG direct in lymfoïde weefsels, terwijl de migratie DC in de perifere organen (bijv. long, huid, en darm) waar ze vangen Ag dan migreren naar lymfoïde weefsels om hun Ag te delen met andere lymfoïde-resident DC, of presenteren Ag direct aan t-Cellen. In beide locaties kan cDC verder worden gescheiden in subsets met gespecialiseerde functies. Het toenemende bewijsmateriaal wijst op een rol voor de muis CD11b + cDC subset in de inductie van CD4 + T celreacties hoewel een gelijkaardige rol voor de gelijkwaardige menselijke cd1c + DC subset nog niet is vastgesteld (2, 9). Het is echter de subset die wordt gedefinieerd door expressie van de C-type lectine-achtige receptor, CLEC9A, en de chemokinereceptor, XCR1, die cruciaal is voor de inductie van CTL-reacties tegen kanker, virussen en andere pathogene infecties (2, 7).

CLEC9A+XCR1 + DC werden oorspronkelijk geïdentificeerd bij muizen door expressie van de markers CD8a op lymfoïde-residente DC of CD103 op migratie DC en worden gewoonlijk aangeduid als CD8a+ lymfoïde en CD103+ migratie DC. In mensen, worden CLEC9A + XCR1 + DC, algemeen als CD141+ DC wordt bedoeld, gevonden in zowel lymfoïde als niet-lymfoïde weefsels, met inbegrip van huid, darm, lever, en longen (6, 10-13). CLEC9A en XCR1 worden uitsluitend uitgedrukt door deze unieke DC-subgroep in lymfoïde en niet-lymfoïde weefsels van beide soorten, met uitzondering van lage expressieniveaus van Clec9A door muis pDC. Aangezien deze merkers gecombineerd momenteel het meest specifieke middel zijn om deze DC in beide soorten te definiëren, verwijzen we hierna naar hen als CLEC9A+XCR1+ DC. Naast CLEC9A en XCR1 delen deze DC de expressie van het nectine-achtige eiwit, Necl2 (14) en TLR3, en zijn zij belangrijke producenten van IFN-λ na TLR3-ligatie (15). Belangrijk, blinken zij uit in cross-presentatie, het mechanisme dat exogene Ag, zoals die van tumors en viraal geïnfecteerde cellen wordt gevangen om worden verwerkt en gepresenteerd op MHC I voor erkenning door CTLs (16).

wat maakt CLEC9A + XCR1 + DC zo effectief bij CTL-Priming?

hoewel andere celtypen, waaronder macrofagen, B-cellen en andere DC-subgroepen, onder bijzondere omstandigheden in vitro (17-20) kruis-aanwezig kunnen zijn, is er substantieel bewijs om aan te tonen dat CLEC9A+XCR1 + DC inherent efficiënter zijn in dit proces in vitro en in vivo (6, 7, 10, 11, 16). De precieze moleculaire mechanismen worden niet begrepen, maar uitgebreide inspanningen hebben nog geen gespecialiseerde cross-presentatie machines onthuld die uniek zijn voor CLEC9A+XCR1 + DC (16). Echter, er zijn verschillende kenmerken van deze DC die gezamenlijk verklaren hun superieure cross-priming vermogen ondanks een vergelijkbare AG opname capaciteit in vergelijking met andere DC subsets. Ten eerste handhaaft CLEC9A+XCR1+ DC een minder zure pH in endosomen en fagosomen, die kruispresentatie van vroege endocytische blaasjes (21) begunstigt en kruispresentatie van AG bevordert gericht op late endosomen/lysosomen (20, 22). Ten tweede, CLEC9A + XCR1 + DC zijn efficiënter bij translocatie van Ag van endosomen / phagosomen in cytosol voor toegang tot de klassieke MHC I verwerkingsweg (23). Ten derde, speelt CLEC9A, een receptor voor actin filamenten die op dode cellen worden blootgesteld, een belangrijke rol in het leveren van Ag die van dode cel voor Kruis-priming wordt gevangen (24-27). Ten vierde drukken CLEC9A+XCR1+ DC hoge niveaus van TLR3 uit, een bekende versterker van cross-priming (28). Ten slotte werd onlangs aangetoond dat constitutieve activering van de ontvouwde eiwitresponsensor, IRE-1α, en de transcriptiefactor XBP-1 kruispresentatie specifiek regelen door CLEC9A+XCR1+ DC (29). Er is ook bewijs dat XCR1 en Necl2 betrokken zijn bij CTL-activering, hoewel niet rechtstreeks via het verhogen van de cross-presentatie Route (5, 6, 14). Deze functies bieden een sterke reden om technologieën te ontwikkelen die specifiek Ag leveren aan de cross-presentatie route van CLEC9A+XCR1+DC in vivo.

gericht op CLEC9A+XCR1 + DC in vivo

antilichamen (Ab) specifiek voor DC-oppervlakte receptoren, met name AG-opnamereceptoren, kunnen worden gebruikt om AG rechtstreeks aan DC in vivo te leveren (30). De keuze van receptor hangt van zijn specificiteit voor de te richten subset van gelijkstroom naast de verwerking en de presentatieweg van Ag die door de receptor na internalisatie wordt gebruikt. Een verscheidenheid van C-type lectin receptoren (CLR) zijn benut voor dit doel, en dit elders (1, 30) wordt herzien maar voor het leveren van Ag aan CLEC9A+XCR1+ DC in muizen, is DEC-205 een belangrijke nadruk geweest. Toediening van Ag via DEC-205 Ab induceert zowel CD4 + – als CD8+ T-celreacties in aanwezigheid van adjuvans en is superieur aan ex vivo geladen DC-vaccins bij het voorkomen van tumorgroei . Fase I / II klinische studies gericht op NY-ESO-1 Ag voor de behandeling van meerdere vaste maligniteiten tot expressie van deze Ag zijn in uitvoering met behulp van CDX-1401, een volledig gehumaniseerde Ab tegen DEC-205 (CellDex Therapeutics). In mensen, worden DEC-205 wijd uitgedrukt op alle gelijkstroom, naast de cellen van B, de cellen van T, en NK cellen. Hoewel is aangetoond dat CLEC9A+XCR1+ DC, CD1c+ DC, pDC en MoDC Ag verwerken en presenteren die door Dec-205 aan CD4+ en CD8+ T-cellen in vitro wordt geleverd (20, 31-33), suggereren beperkte directe vergelijkingen dat CLEC9A+ XCR1+ DC effectiever is bij kruispresentatie (20). Dit is waarschijnlijk toe te schrijven aan de preferentiële handel van DEC-205 aan late endosomen, die typisch AG verwerking via de MHC II weg begunstigt (34), terwijl nog het toestaan van cross-presentatie door CLEC9A+XCR1+ DC (20).

een aantrekkelijke aanpak is om meer specifiek Ag te leveren aan CLEC9A+XCR1 + DC met behulp van Ab of liganden specifiek voor CLEC9A (3, 4) of XCR1 (35). De Studies die Clec9A voor AG levering in muizen gebruiken observeren efficiënte de celreacties van CD8+ T en, verrassend, Superieure de celimmuniteit van CD4+ T wanneer direct vergeleken met DEC-205, zelfs in de afwezigheid van adjuvans (3, 4, 36). De belangrijkste redenen voor de werkzaamheid van het doelgericht gebruik van Clec9A zijn onder meer de intracellulaire trafficking ervan, aangezien Clec9A Ag levert aan vroege en recycleerbare endosomen (27), en de persistentie van anti-Clec9A Ab in serum, wat resulteert in een verlengde AG-presentatie (36). Het bepalen van de moleculaire interacties van CLEC9A na internalisatie en hoe dit de handel en verwerking van Ag beïnvloedt, zal ongetwijfeld licht werpen op de basis voor Clec9A targeting effectiviteit.

Anti-humaan CLEC9A Ab kan Ag leveren aan humane CLEC9A + XCR1 + DC voor verwerking en presentatie op zowel CD4 + – als CD8+ T-cellijnen in vitro (37). Dit biedt proof-of-principle en een sterke motivering om anti-humaan CLEC9A Ab voor vaccins verder te ontwikkelen en beter te vergelijken met DEC-205 Ab en andere benaderingen die gericht zijn op meerdere DC-subsets. Dergelijke studies zijn beperkt wegens moeilijkheden bij het verkrijgen van voldoende aantallen menselijke CLEC9A+XCR1 + DC voor gedetailleerde functionele analyse, maar zijn nu haalbaar met de ontwikkeling van nieuwe gehumaniseerde muismodellen, waar functionele menselijke CLEC9A+XCR1+ DC zich ontwikkelen en kunnen worden gericht met CLEC9A of Dec-205 Abs in vivo (38).

adjuvantia voor activering van CLEC9A+XCR1+DC

vroege klinische studies met DC en studies bij muizen waarin Clec9A of dec-205 targeting Ab werden onderzocht, hebben duidelijk aangetoond dat DC-activering noodzakelijk is om optimale CTL-responsen te induceren (31, 39). TLR-liganden zijn enkele van de meest veelbelovende adjuvantia die momenteel worden geëvalueerd in de kliniek en de differentiële expressie van TLR door DC-subgroepen kan de keuze van adjuvans diepgaand beïnvloeden. Dit is een bijzonder belangrijke overweging voor de preklinische evaluatie van vaccins gericht op CLEC9A+XCR1+ DC aangezien de TLR-expressie varieert in muizen en menselijke DC-subgroepen. De TLR9 ligand, CpG, is wijd gebruikt als adjuvans in muizen, met inbegrip van met Clec9A Ab (36) en is klinisch, met beperkte nadelige gevolgen, geëvalueerd als adjuvans in kankerchemotherapie en ex vivo DC vaccins (40). Terwijl TLR9 wijd wordt uitgedrukt in muizen, met inbegrip van door CLEC9A+XCR1+ DC, is het bij mensen beperkt tot PDC ‘ s (39). Activering van menselijke pDC door CpG induceert echter grote hoeveelheden type I IFN die mogelijk een belangrijke omstanderfunctie kunnen spelen voor activering van CLEC9A+XCR1 + DC en daaropvolgende inductie van antitumorresponsen (41, 42). In tegenstelling tot hun muise tegenhangers ontbreekt het menselijke CLEC9A+XCR1+ DC ook aan expressie van TLR4, maar drukt TLR8 uit, wat niet functioneel is bij muizen (39).

a TLR7 / 8 ligand, R848 of resiquimod, is door de FDA goedgekeurd voor topisch gebruik en ondergaat momenteel klinische studies met DEC-205 (CDX-1401, CellDex) (43). Het activeert ook CD1c + DC via TLR8 en pDC via TLR7. Het potentieel ervan om in vaccins te worden gebruikt moet nog worden bepaald, met muriene studies die erop wijzen dat de korte halfwaardetijd en formulering ervan misschien niet ideaal zijn voor het activeren van DC lokaal om adaptieve immuunresponsen in werking te stellen, en het is betrokken bij ernstige bijwerkingen waargenomen in klinische proeven (43).

de TLR3-ligand, polyI: C, komt naar voren als een aantrekkelijk adjuvans om te combineren met DC targeting Ab, aangezien TLR3-expressie behouden blijft bij mens en muis CLEC9A+XCR1+ DC. PolyI:C bleek het optimale adjuvans te zijn voor gebruik in combinatie met dec-205 targeting Ab bij muizen (44). De poly I:C-derivaten Hiltonol en Ampligen worden goed verdragen bij mensen en veroorzaken een type I IFN-respons die die van een virale infectie nabootst (45). Deze worden nu geëvalueerd in klinische proeven in combinatie met dec-205 targeting Ab (CellDex Therapeutics; NCT00948961).

conclusie

er blijft een grote behoefte aan de ontwikkeling van vaccins die effectieve anti-virale en anti-tumor CTL responsen opwekken. De ontdekking van de CLEC9A+XCR1+DC in muizen en mensen, als een subset gespecialiseerd voor AG cross-presentatie en cross-priming CTL, heeft veelbelovende nieuwe wegen voor vaccin ontwerp onthuld. Toch moet de bijdrage van andere DC-deelverzamelingen aan de doeltreffendheid van dit proces nog worden bepaald. De vraag blijft dus: is het effectiever om Ag aan de CLEC9A+XCR1+DC te leveren die het best zijn uitgerust voor cross-presentatie, of zal co-delivery aan andere DC-subsets hulp bieden? Welke receptoren zullen de Ag het beste leveren aan de benodigde intracellulaire compartimenten, en welke adjuvantia zullen de immuunrespons het beste versterken? Studies tot op heden suggereren dat het richten van CLEC9A+XCR1+ DC in vivo, samen met adjuvantia om deze DC specifiek te activeren, grote belofte biedt. De vooruitgang van gehumaniseerde muismodellen die de ontwikkeling van CLEC9A+XCR1+ DC en andere DC-subsets mogelijk maken, zal deze en andere vragen kunnen worden beantwoord en de vertaling van bank naar bed vergemakkelijken.

verklaring inzake belangenconflicten

Mireille H. Lahoud en Kirsteen M. Tullett staan vermeld als uitvinders op octrooiaanvragen met betrekking tot Clec9A. Kristen J. Radford heeft geen belangenconflicten te melden.

erkenningen

Mireille H. Lahoud en Kristen J. Radford worden ondersteund door projectsubsidies van de National Health and Medical Research Council of Australia (NHMRC 604306 en 1025201) en de Prostate Cancer Foundation of Australia (PG2110). Kristen J. Radford heeft een NHMRC CDF level 2 fellowship. Kirsteen M. Tullett is de ontvanger van een University Of Queensland International PhD Scholarship. Dit werk werd mogelijk gemaakt door de Victoriaanse State Government Operational Infrastructure Support en Australian Government NHMRC Independent Research Institute Infrastructure Support Scheme.