AICL is a ligand for the human NK receptor NKp80/KLRF1 and mediates an activating crosstalk between NK cells and monocytes

Abstract

NK cell activity is governed by the complex interplay of multiple activating, inhibitory and co-stimulatory receptors. Therefore, a thorough understanding of NK cell biology requires the functional definition of these various receptors and their ligands. The NKC-encoded, homodimeric C-type lectin-like molecule NKp80 has been described as an activating orphan receptor, which is almost exclusively expressed by NK cells and stimulates NK cytolysis. This thesis identifies the adjacently encoded C-type lectin-like molecule AICL as a physiological ligand of NKp80. It also defines AICL as a myeloid-specific, activating receptor expressed on monocytes, macrophages and granulocytes. AICL is up-regulated in response to TLR stimulation and down-regulated during differentiation of monocytes to immature DCs. Cross-linking of AICL stimulated TNFalpha-release by monocytes, which was further enhanced by LPS stimulation. Additionally, it was shown that the NKp80-AICL interaction promotes lysis of AICL-expressing cells by NK cells. Malignant U937 cells were strongly lyzed by NK cells, whereas cytolysis of autologous LPS-activated monocytes was considerably lower or even absent depending on the donor. In other studies NK cell-mediated killing of infected monocytes and macrophages has been reported, and in these situations TLR-induced AICL expression may aid in the elimination of cells exposed to or infected by pathogens. Further, this work shows that secretion of pro-inflammatory cytokines, i.e. IFNgamma from NK cells and TNFalpha from monocytes, in co-cultures of NK cells and monocytes was strongly augmented by NKp80 engagement, and that the NKp80-AICL interaction accounts, at least in part, for the previously described cell contact-dependency of the activating cellular cross-talk between monocytes and NK cells. This thesis is the first report describing cell-type specific receptors mediating an activating cellular cross-talk between human NK cells and monocytes, which is thought to play a role in acute and chronic inflammatory situations. Therefore these findings provide novel insights into the communication within the innate immune system and may have important implications for the immune defence of certain pathogens and the pathogenesis of autoimmune disorders.

Die NK-vermittelte Zelllyse wird durch ein komplexes Zusammenspiel von inhibierenden, aktivierenden und costimulierenden Rezeptoren gesteuert. Für ein umfassendes Verständnis der NK-Zellbiologie ist eine funktionelle Charakterisierung dieser verschiedenen Rezeptoren und deren Liganden notwendig. Der NKC-kodierte C-Typ lektin-ähnliche aktivierende NK-Rezeptor NKp80 wird als Homodimer fast ausschließlich auf NK-Zellen exprimiert und ist in der Lage NK Cytotoxizität zu vermitteln. Diese Arbeit identifiziert AICL als physiologischen Liganden von NKp80 und etabliert AICL als myeloidspezifischen, aktivierenden Rezeptor, der auf Monozyten, Makrophagen und Granulozyten exprimiert wird. AICL wird nach TLR-Stimulation hochreguliert, während AICL bei der Differenzierung von Monozyten zu unreifen DCs herunterreguliert wird. Die AICL-Aktivierung führt zur TNFalpha-Freisetzung durch Monozyten, was durch die Stimulation mit LPS noch verstärkt wird. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass AICL-exprimierende Zellen NKp80-vermittelt lysiert werden. Maligne U937-Zellen werden durch NK-Zellen in hohem Maße lysiert, autologe LPS-stimulierte Monozyten dagegen spenderabhängig kaum oder gar nicht. Es ist bekannt, dass infizierte Monozyten und Makrophagen NK-vermittelt lysiert werden. In diesem Fall könnte die TLR-induzierte AICL-Expression zur Eliminierung von infizierten Zellen führen. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass bei der Kokultur von Monozyten und NK-Zellen NKp80-vermittelt entzündungsfördernde Cytokine freigesetzt werden, d.h TNFalpha durch Monozyten und IFNgamma; durch NK-Zellen. Die NKp80/AICL-Interaktion ist zumindest teilweise für die beschriebene Zell-Zell-Kontaktabhängigkeit dieser reziproken Aktivierung verantwortlich. Diese Arbeit liefert die erste Beschreibung von zelltypspezifischen Rezeptoren, die an dieser reziproken Aktivierung zwischen NK Zellen und Monozyten beteiligt sind, für die eine Rolle bei akuten oder chronischen Entzündungen postuliert wird. Diese hier beschriebene NKp80-AICL-Interaktion liefert neue Einblicke in die Kommunikation innerhalb des angeborenen Immunsystems und könnte bei der Immunantwort gegen bestimmte Pathogene oder bei der Pathogenese von Autoimmunerkrankungen bedeutend sein.