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Dendritic cell and natural killer cell cross-talk: a pivotal role of CX3CL1 in NK cytoskeleton organization and activation

Inserm U645, EFS Bourgogne Franche Comté, University of Franche-Comté, IFR133, Besançon, France.
Blood (Impact Factor: 9.78). 09/2008; 112(12):4420-4. DOI: 10.1182/blood-2007-12-126888
Source: PubMed

ABSTRACT Initial molecular events leading to natural killer lymphocyte (NK) and dendritic cell (DC) interactions are largely unknown. Here, the role of CX3CL1 (fractalkine), a chemokine expressed on mature dendritic cells (mDCs) has been investigated. We show that CX3CL1 promotes NK activation by mDCs. After blocking of CX3CL1 by antibody, no activation occurred but major histocompatibility complex (MHC) class I neutralization restored DC-mediated NK activation, suggesting an interaction between CX3CL1 signaling and the functioning of inhibitory KIR. Then the YTS NK cell line, in which the inhibitory receptor KIR2DL1 had been introduced, was used. The presence of KIR2DL1 did not decrease YTS activation by HLA-Cw4 DC when CX3CL1 was functional. In contrast, CX3CL1 neutralization led to killer cell immunoglobulin-like receptor (KIR) phosphorylation and SHP-1 recruitment in YTS(KIR2DL1) cultured with HLA-Cw4 mDCs. Moreover, CX3CL1 neutralization promoted dispersion of lipid rafts and the formation of a multiprotein complex required for cytoskeletal rearrangements in YTS NK cells. These findings point to a pivotal role of CX3CL1 in the activation of resting NK cells by mature DCs.

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Available from: Konrad Krzewski, Jun 18, 2015
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    ABSTRACT: Les maladies allergiques sont en constante augmentation tant en prévalence qu'en gravité. Les mécanismes physiopathologiques connus impliquent l'induction d'une réponse Th2 par les cellules dendritiques, conduisant à une production d'IgE et une inflammation. L'immunité innée a récemment été mise en avant dans le contrôle de l'immunité adaptative, spécifique de l'antigène. Cependant, le rôle des cellules Natural Killer (NK), cellules de l'immunité innée connues essentiellement pour leurs fonctions anti-tumorales et anti-microbiennes, est encore inconnu dans la pathologie allergique. Néanmoins, quelques études ont montré une modification de certaines sous-populations de cellules NK chez les patients asthmatiques allergiques. Le but général du travail de thèse était d'étudier le rôle des cellules NK dans l'asthme allergique. Dans un premier temps, les variations quantitatives et qualitatives des cellules NK, ainsi que l'effet de leur déplétion ont été évalués dans l'asthme expérimental. Dans un deuxième temps, l'effet de CCL18, chimiokine impliquée dans l'asthme allergique, a été étudié sur les cellules NK de sujets non allergiques et de sujets allergiques. Tout d'abord, le premier modèle murin d'asthme expérimental utilisé était celui très largement décrit chez les souris BALB/cByJ, consistant en deux sensibilisations systémiques d'ovalbumine (OVA) et d'alum suivies de trois provocations allergéniques d'OVA par aérosols. Chez les souris sensibilisées et provoquées à l'OVA, une augmentation du nombre de précurseurs de cellules NK, mais également du nombre de cellules NK, et plus particulièrement des cellules NK immatures, a été observé dans les ganglions médiastinaux (ganglions drainant les poumons). Celle-ci était accompagnée d'une augmentation du pourcentage de cellules NK ayant incorporé du BrdU. Outre ces variations quantitatives, nous avons également montré que les cellules NK étaient activées. Dans les poumons, le nombre de cellules NK n'était pas significativement modifié chez les souris sensibilisées et challengées à l'OVA comparativement aux souris contrôle. Néanmoins, une diminution non significative du nombre de cellules NK, et plus particulièrement des cellules NK les plus matures chez les souris sensibilisées et provoquées à l'OVA a été observée. De plus, comme dans les ganglions médiastinaux, les cellules NK pulmonaires étaient activées. Nous avons ensuite évalué l'effet de la déplétion des cellules NK par administration de l'anticorps anti-ASGM1 avant les provocations allergéniques sur l'inflammation pulmonaire allergique. Chez les souris sensibilisées et provoquées à l'OVA, la déplétion en cellules NK diminuait significativement l'éosinophilie dans les lavages bronchoalvéolaires, sans affecter pour autant l'hyperréactivité bronchique et les taux sériques d'immunoglobulines spécifiques de l'OVA (IgE, IgG2a et IgG1) (Article soumis). La déplétion des cellules NK par l'anti-ASGM1 n'étant pas totale (73%), nous avons choisi de reproduire ces expériences chez les souris NKDTR qui expriment le récepteur de la toxine diphtérique dans le promoteur du gène NKp46, permettant la déplétion spécifique et plus efficace (>90%) des cellules NK (Collaboration Pr E Vivier et Dr T Walzer). Ces souris étant de fond génétique C57BL/6, nous avons mis au point un autre modèle de sensibilisation allergique pulmonaire. Les souris ont reçu deux sensibilisations systémiques d'ovalbumine (OVA) et d'alum suivies de deux séries de trois provocations allergéniques d'OVA par voie intranasale. Dans les ganglions médiastinaux, contrairement au modèle précédent, aucune modification du nombre de cellules NK et de la distribution des sous-populations n'a été observée chez les souris sensibilisées et provoquées à l'OVA. D'un point de vue phénotypique, chez les souris sensibilisées et provoquées à l'OVA, les cellules NK étaient activées et l'expression membranaire du CD107a augmentée témoignant ainsi d'une dégranulation. Dans les poumons, le pourcentage de cellules NK les plus matures était diminué chez les souris sensibilisées et provoquées à l'OVA. Les cellules NK pulmonaires étaient également activées et l'expression membranaire de CD107a augmentée. Le pourcentage de cellules NK exprimant l'IFN-g était diminué. Concernant CCL18, cette dernière est une chimiokine produite préférentiellement au niveau du poumon. Dans le laboratoire, il a été montré que la production de CCL18 était augmentée chez les patients asthmatiques, et qu'elle recrutait les lymphocytes Th2 et les basophiles, suggérant le rôle de cette chimiokine dans l'asthme allergique. Notre objectif était d'évaluer la réponse des cellules NK isolées du sang périphérique de sujets allergiques vis-à-vis de CCL18 et de la comparer à celle de sujets non allergiques. Le récepteur de CCL18 étant encore inconnu, nous avons analysé son expression par les cellules NK par la fixation de CCL18 biotinylé. L'étude en cytométrie en flux a révélé que des cellules NK de donneurs allergiques et non allergiques exprimaient un récepteur pour CCL18. De plus, nous avons montré que les cellules NK de sujets allergiques et non allergiques migraient en réponse à CCL18, et ce dans une voie dépendante des protéines G. L'attraction des cellules NK par CCL18 était dépendante du donneur, mais indépendante du statut allergique. Aucune attraction préférentielle d'une sous-population de cellules NK (CD56hi ou CD56lo) par CCL18 n'a été mise en évidence. CCL18 était également capable de stimuler la cytotoxicité des cellules NK de sujets allergiques et de donneurs non allergiques, vis-à-vis des cellules cibles Jurkat. Les réponses étaient variables en fonction du donneur, mais une fois encore étaient indépendantes du statut allergique. Enfin, CCL18 n'induisait pas de production de cytokines (IFN-g et TNF-a) par les cellules NK de sujets allergiques et non allergiques. Au vu de l'ensemble de ces résultats, nous pouvons conclure que les cellules NK de sujets allergiques sont attirées et activées par CCL18 de façon similaire aux cellules NK de sujets non allergiques. En résumé, ces travaux ont permis de montrer que, dans un modèle murin d'asthme allergique, les cellules NK s'accumulent dans les ganglions médiastinaux et semblent réguler l'éosinophilie pulmonaire. Nous avons également montré que les cellules NK de sujets allergiques ne présentaient pas de dysfonctionnement dans la réponse vis-à-vis de CCL18 comparativement aux sujets non-allergiques.
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    ABSTRACT: Allogeneic natural killer (NK) cells are used for adoptive immunotherapy after stem cell transplantation. In order to overcome technical limitations in NK cell purification and activation, the following study investigates the impact of different variables on NK cell recovery, cytotoxicity, and T-cell depletion during good manufacturing practice (GMP)-grade NK cell selection. Forty NK cell products were derived from 54 unstimulated donor leukaphereses using immunomagnetic CD3 T-cell depletion, followed by a CD56 cell enrichment step. For T-cell depletion, either the depletion 2.1 program in single or double procedure (D2.11depl, n = 18; D2.12depl, n = 13) or the faster depletion 3.1 (D3.1, n = 9) was used on the CliniMACS instrument. Seventeen purified NK cell products were activated in vitro by IL-2 for 12 days. The whole process resulted in a median number of 7.59 × 10(8) CD56(+)CD3(-) cells with both purity and viability of 94%, respectively. The T-cell depletion was significantly better using D2.11depl/2depl compared to D3.1 (log 4.6/log 4.9 vs. log 3.7; p < 0.01) and double procedure in two stages led always to residual T cells below 0.1%. In contrast D3.1 was superior to D2.11depl/2depl with regard to recovery of CD56(+)CD3(-) NK cells (68% vs. 41%/38%). Concomitant monocytes and especially IL-2 activation led to increased NK cell activity against malignant target cells compared to unstimulated NK cells, which correlated with both up-regulation of natural cytotoxicity receptors and intracellular signaling. Overall, wide variations in the NK cell expansion rate and the distribution of NK cell subpopulations were found. In conclusion, our results indicate that GMP-grade purification of NK cells might be improved by a sequential processing of T-cell depletion program D2.1 and D3.1. In addition NK cell expansion protocols need to be further optimized.
    Frontiers in Oncology 05/2013; 3:118. DOI:10.3389/fonc.2013.00118
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    ABSTRACT: In recent years, the essential role of bi-directional cross-talk between natural killer (NK) and dendritic cells (DC) during immune responses has been clearly elucidated. In particular, this cross-talk results in the development of an efficient innate response, through DC-mediated NK cell activation, and a potent adaptive immune response, through NK-mediate DC editing and maturation. Recently, some novel human DC subsets have been identified: migratory DCs in afferent lymph and draining lymph nodes; CLEC9A(+)/BDCA3(+) (CD141) DCs in interstitial dermis, liver, lung; inflammatory DCs in several inflammatory fluids. At the same time, it has been shown that also human NK cells are present in these compartments. Here, we will review the most recent findings on NK/DC cross-talk and we will discuss the necessity of acquiring more complete knowledge about these interactions in view of the new information available on both DC and NK cell subsets.
    Frontiers in Immunology 04/2014; 5:159. DOI:10.3389/fimmu.2014.00159