Open Access

Camilla Tondello

• Type 1 diabetes (T1D) is precipitated by the autoimmune destruction of the insulin-producing beta-cells in the pancreatic islets of Langerhans. Chemokines have been identified as major conductors of the islet infiltration by autoaggressive leukocytes, including antigen-presenting cells and islet autoantigen-specific T cells. We have previously generated a roadmap of the gene expression in the islet microenvironment during T1D in a mouse model and found that most of the chemokine axes are chronically upregulated during T1D. We focused our attention on CXCL10/CXCR3, CCL5/CCR5, CXCL16/CCR6, CX3CL1/CX3CR1, and XCL1/XCR1. First, we found that the absence of CCR6 and of CX3CR1 diminished T1D incidence in a mouse model for T1D. Further, the XCL1/XCR1 chemokine axis is of particular interest, since XCR1 is exclusively expressed on convention dendritic cells type 1 (cDC1) that excel by their high capacity for T cell activation. Here we demonstrate that cDC1 expressing XCR1 are present in and around the islets of patients with T1D and of islet-autoantibody positive individuals. Further, in an inducible mouse model for T1D, we show that XCL1 plays an important role in the attraction of highly potent dendritic cells expressing XCR1 to the islets. XCL1-deficient mice display a diminished infiltration of XCR1+ cDC1 and subsequently also a reduced magnitude and activity of islet autoantigen-specific T cells. XCR1-deficient mice display a reduced magnitude and activity of islet autoantigen-specific T cells. A 3D-visualization of the entire pancreas reveals that both XCL1-deficient mice and XCR1-deficient mice indeed maintain most of their functional islets after induction of the disease. Thus, the absence of XCL1 results in a profound decrease in T1D incidence. The XCR1-deficiency also reduces T1D incidence, even if in a less drastic way compared to XCL1-deficiency. An interference with the XCL1/XCR1 chemokine axis might constitute a novel target for the therapy for T1D.
• Typ-1-Diabetes (T1D) ist eine Autoimmunerkrankung, die durch die Zerstörung der Insulin-produzierenden β-Zellen in den Langerhans-Inseln entsteht. Obwohl der Anti-CD3-Antikörper Teplizumab vor kurzem von der Food and Drug Administration (FDA) zugelassen wurde, gibt es noch keine Heilung für diese Krankheit und es müssen neue Angriffspunkte gefunden werden. Deshalb wurde in unserem Labor die Mikroumgebung der Inselzellen mit Hilfe eines Lasers seziert und die Genexpression mittels Genarray und qPCR analysiert. Als Modell wurden RIP-LCMV-GP Mäuse verwendet, welche das Glykoprotein (GP) des lymphozytären Choriomeningitis-Virus (LCMV) unter der Kontrolle des Ratteninsulin-Promotors (RIP) exprimieren und erst nach einer Infektion mit LCMV einen T1D entwickeln. Die Ergebnisse zeigten, dass die meisten Chemokin-Liganden/Rezeptor-Paare bei der Infektion hochreguliert werden und einige bis in die chronische Phase der Krankheit hochreguliert bleiben. Zunächst habe ich die Expression verschiedener Chemokin-Achsen weiter untersucht. Durch RNAscope-in-situ-Hybridisierung als auch Immunhistochemie (IHC) konnte ich zeigen, dass CXCL10 von β-Zellen und inselinfiltrierenden Zellen produziert wird. Weiter zeigte sich, dass CXCL10 eine wichtige Rolle bei der T1D Pathogenese spielt, da eine Therapie mit einem Anti-CXCL10-Antikörper als auch einem CXCR3-Antagonisten vor allem in Kombination mit einem Anti-CD3-Antikörper in zwei Mausmodellen erfolgreich T1D vermindern konnte. Ich konnte auch die akut und/oder chronisch Expression anderer Chemokin-Achsen wie CCL5/CCR5, CXCL16/CCR6, CX3CL1/CX3CR1 und XCL1/XCR1 im Pankreas in situ bestätigen, allerdings hatten nicht alle einen Einfluss auf die T1D-Pathogenese. So beeinträchtigt ein CCL5-Mangel die Entwicklung von T1D nicht, aber im Gegensatz dazu führt ein Mangel an CXCR6 oder CX3CR1 zu einem geringeren Fortschreiten des T1D. Das Hauptaugenmerk meiner Arbeit lag jedoch auf der XCL1/XCR1-Chemokin-Achse. Sowohl XCL1 als auch XCR1 sind bei Infektionen anhaltend hochreguliert. So ist XCL1 auch im Serum von T1D-Patienten erhöht. XCL1 ist ein Chemokin, das von CD8- und CD4-T-Zellen, natürlichen Killerzellen (NK) und NKT-Zellen produziert wird. Sein Rezeptor XCR1 wird dagegen nur von residenten und wandernden konventionellen dendritischen Zellen vom Typ 1 (cDC1) exprimiert. Diese cDC1 sind die effizientesten Primer von CD8-T-Zellen. In meiner Dissertation habe ich zuerst mit RNAscope-Duplex-Färbung gezeigt, dass die Expression von XCL1 und XCR1 in den Inseln von RIP-GP und NOD-Mäusen in verschiedenen Stufen der Pathogenese hochreguliert ist. Außerdem konnte ich zeigen, dass XCR1 in den Inseln von Autoantikörper-positiven Personen und T1D-Patienten exprimiert ist, was auf eine mögliche Beteiligung der XCL1/XCR1-Achse an der T1D-Pathogenese beim Menschen hindeutet. Daher habe ich die Rolle dieser Achse weiter untersucht, indem ich zunächst XCL1-defiziente Mäuse verwendete. Durch IHC-Färbung und durchflusszytometrische Analyse konnte ich zeigen, dass bei solchen Mäusen die cDC1-Migration zu den Inseln reduziert ist. Zusätzlich konnte ich auch eine Verringerung der T-Zellen und insbesondere der Inselautoantigen-spezifischen T-Zellen in den Inseln zeigen. Weiter habe ich RIP-GP x XCR1Venus/Venus-Mäuse verwendet, welche das fluoreszierende Venus-Protein anstelle von XCR1 exprimieren. So konnten mit einer Immunfluoreszenzfärbung die cDC1 direkt sichtbar gemacht werden. Trotzdem konnten cDC1 auch ohne XCR1 zu den Inseln wandern, aber eine durchflusszytometrische Analyse hat ergeben, dass die eingewanderten cDC1 ihre Fähigkeit verlieren, T-Zellen effektiv zu primen. Interessanterweise war in beiden knock-out Mauslinien ein Anstieg der Treg-Zell-Frequenzen zu beobachten. Zusammen mit der Verringerung der autoaggressiven T-Zellen führt dies zu einer Verschiebung des Immungleichgewichts in Richtung eines regulatorischen Milieus. Dies hatte zur Folge, dass tatsächlich sowohl XCL1- als auch XCR1-defiziente Mäuse im Vergleich zu regulären RIP-GP-Mäusen eine deutlich geringere T1D-Inzidenz aufwiesen. Dies konnte ich auch mittels IHC von Pankreasschnitten, welche noch intakte Inseln aufwiesen, belegen. Darüber hinaus bestätigte eine 3D-Färbung des gesamten Pankreas mit einem Anti-Insulin-Antikörper, dass sowohl bei XCL1- als auch bei XCR1-defizienten Mäusen das verbleibende β-Zell Volumen nach 8-12 Wochen nach der Infektion noch ausreicht, um eine Normoglykämie aufrechtzuerhalten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die XCL1/XCR1-Achse eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von T1D spielt und daher ein vielversprechendes Ziel für deine Immunmodulation von T1D sein könnte. Ein kleines Molekül oder ein Antikörper, der in diese Achse eingreift, sollte allein oder in einer Kombinationstherapie getestet werden.