Toll-like receptor control of endocytic antigen cross-presentation

Toll 样受体控制内吞抗原交叉呈递

基本信息

项目摘要

PROPOSAL SUMMARY There are critical vaccine barriers to eliciting cytotoxic CD8 T cells against intracellular pathogens. Current vaccine technologies have yielded limited success for protection against infections with intracellular pathogens like tuberculosis, malaria, and HIV where CD8 T cells prevent and control infection. Licensed vaccines generate mostly neutralizing or opsonizing antibodies, and their efficacy is contingent on a stable antigenic profile. Some adjuvants like alum elicit helper type 2 CD4 T cells, but CD8 T cell immunity has been difficult to achieve. CD8 T cells can target conserved internal microbial components that are more difficult for pathogens to mutate. The unparalleled potency, cross-protective immunity, and immunological memory mediated by CD8 T cells underscores the urgency of developing CD8 T cell vaccines. To elicit CD8 T cell immunity, an adjuvant needs to induce MHC presentation of the antigens present in the vaccine formulation by dendritic cells (DC), potent antigen-presenting cells that prime naïve CD8 T cells. The MHC class I presentation of exogenous antigens such as vaccine components by DC takes place through cross-presentation. Understanding the mechanisms that regulate DC cross-presentation is thus critical for designing adjuvants that elicit strong CD8 T cell immunity. Our published and unpublished work has shown that Toll-like receptors (TLR), which detect microbes and alert the immune system, positively regulate DC cross-presentation. When studying the regulation of cross-presentation, it is important to consider the route of antigen internalization into DC. Depending on the size of the internalized antigen, internalization can be through phagocytosis (for particles that are >1µm in diameter) or endocytosis (<1µm in diameter). We found that the TLR-dependent regulation of cross-presentation is different for endocytic and phagocytic antigens. The common component that dictates the efficiency of cross-presentation to CD8 T cells is correct subcellular trafficking of MHC-I molecules to sites of internalized antigen. For phagocytic antigens, TLR signals control the traffic of MHC-I molecules from endosomal recycling compartments (ERC) in DC specifically to phagocytic antigens such as from bacteria or infected dying cells. For endocytic antigens, we found that a distinct TLR signaling machinery is involved, which controls endocytic antigen cross-presentation to CD8 T cells and traffics MHC-I molecules to endocytosed antigen from a cellular source other than the ERC. Using a variety of validated and complementary approaches, we will investigate TLR-regulated mechanisms of endocytic antigen cross-presentation and subcellular MHC-I trafficking to endocytosed antigens. We will elucidate how the distinct TLR mechanisms that regulate endocytic antigen cross-presentation impact protective circulating and tissue-resident CD8 T cell memory elicited by vaccination. We will use prototype subunit vaccines formulated with adjuvant/TLR ligand combinations that engage and boost DC endocytic antigen cross-presentation. Deciphering regulatory mechanisms of endocytic antigen cross-presentation will directly impact the design of effective CD8 T cell vaccines to clinically relevant old and new pathogens including those with pandemic potential.
提案摘要 激发细胞毒性 CD8 T 细胞对抗细胞内病原体存在关键的疫苗障碍。 疫苗技术在预防细胞内病原体感染方面取得的成功有限 例如结核病、疟疾和艾滋病毒,其中 CD8 T 细胞可预防和控制感染。 主要是中和或调理抗体,其功效取决于稳定的抗原谱。 明矾等佐剂会引发辅助性 2 型 CD4 T 细胞,但 CD8 T 细胞免疫却很难实现。 T 细胞可以针对病原体更难突变的保守内部微生物成分。 CD8 T 细胞介导的无与伦比的效力、交叉保护性免疫和免疫记忆 强调了开发 CD8 T 细胞疫苗的紧迫性 为了引发 CD8 T 细胞免疫,需要佐剂。 诱导树突状细胞 (DC) 呈递疫苗制剂中存在的抗原的 MHC,有效 抗原呈递细胞,启动幼稚 CD8 T 细胞,MHC I 类呈递外源抗原。 DC 疫苗成分的产生是通过交叉呈现的机制进行的。 因此,调节 DC 交叉呈递对于设计引发强 CD8 T 细胞免疫的佐剂至关重要。 已发表和未发表的研究表明,Toll 样受体 (TLR) 可以检测微生物并发出警报 免疫系统,积极调节 DC 交叉呈递 在研究交叉呈递的调节时, 根据内化的大小考虑抗原内化到 DC 中的途径很重要。 抗原,可通过吞噬作用(对于直径 >1μm 的颗粒)或内吞作用进行内化 (直径 <1μm)。我们发现 TLR 依赖性的交叉呈递调节对于内吞作用是不同的。 和吞噬细胞抗原决定交叉呈递至 CD8 T 的效率。 细胞是 MHC-I 分子正确的亚细胞运输至内化抗原的位点。 TLR 信号控制来自 DC 内体回收区室 (ERC) 的 MHC-I 分子的运输 我们发现,特别是针对吞噬细胞抗原,例如来自细菌或受感染的垂死细胞的内吞抗原。 涉及独特的 TLR 信号传导机制,控制内吞抗原交叉呈递至 CD8 T 细胞并使用 ERC 以外的细胞来源将 MHC-I 分子运输至内吞抗原。 通过多种经过验证和补充的方法,我们将研究内吞的 TLR 调节机制 我们将阐明抗原交叉呈递和亚细胞 MHC-I 运输到内吞抗原的过程。 调节内吞抗原交叉呈递的不同 TLR 机制影响保护性循环和 通过疫苗接种引发的组织驻留 CD8 T 细胞记忆我们将使用配制的原型亚单位疫苗。 佐剂/TLR配体组合可参与并促进DC内吞抗原交叉呈递。 破译内吞抗原交叉呈递的调节机制将直接影响 针对临床相关的新旧病原体(包括具有大流行潜力的病原体)的有效 CD8 T 细胞疫苗。

项目成果

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