Characterization of myeloid cells inducing local T cell activation and proliferation in the hepatic environment

Intrahepatic myeloid-cell aggregates form in response to Toll-like receptor 9 (TLR9) signaling in a TNF-dependent fashion and provide a unique anatomic structure that drives local proliferation of cytotoxic CD8 T cells (iMATEs) and confers protection against viral infection. Yet, the identity and functional profile of the iMATE-defining myeloid cell population remained elusive. The current study was undertaken to identify the iMATE-forming myeloid cell population to gain mechanistic insights into iMATE-formation and T cell expansion and to characterize a molecular marker that predicts iMATE-formation. The phenotype of myeloid cells in the murine liver after TLR9 activation was analyzed systematically using a set of different methodologies. Initial flow cytometric phenotypic characterization and tSNE analysis revealed a complex composition of monocytes and newly differentiating macrophages that hinted towards a sequential replacement of liver-resident macrophages followed by repopulation through bone marrow derived inflammatory monocytes. Laser-capture microdissection and genome wide analysis of gene expression identified a set of marker proteins that were validated by flow cytometry and led to the definition of a particular phenotype of CD40-expressing monocyte-derived macrophages that are exclusively found in iMATEs but not elsewhere in the host. Further genomic characterization employing RNA sequencing revealed substantial differences to liver-resident Kupffer cells and identified specific metabolic properties relevant for local induction of immunity. Functional assays of these iMATE-defining monocyte-derived macrophages revealed metabolic competence with high-level glycolysis and revealed that these cells are highly potent in the induction of CD8 T cell proliferation, in the differentiation towards GzmB expression rendering them efficient killer cells and in cross-presenting soluble antigens to CD8 T cells. Liver macrophages, in contrast, displayed a low glycolyt
Intrahepatischer myeloider Zellaggregate (iMATEs) bilden sich auf Grund des durch Toll-like Rezeptor 9 (TLR9) induzierten TNF Signalings. Sie stellen einzigartige anatomische Strukturen da, die die lokale Proliferation zytotoxischer T Zellen fördern und Schutz gegen virale Infektionen darstellen. Die Identität und das funktionale Profil der iMATE-bildenden Zellen sind bis jetzt noch unbekannt. Sie sollten mit Hilfe der vorliegenden Studie identifiziert werden, um Einblicke in die mechanistischen Vorgänge der iMATE Bildung und T Zellexpansion zu gewinnen. Des Weiteren sollte ein molekularer Marker für die Prognostik der iMATE Formation bestimmt werden. Der Phänotyp der myeloiden Zellen in der murinen Leber nach der Anwendung des Liganden für TLR9 wurde mit Hilfe verschiedener Methoden systematisch analysiert. Die initiale phänotypische Charakterisierung mit Durchflusszytometrie und tSNE Analyse offenbarte eine komplexe Zusammensetzung von Monozyten und neu differenzierten Makrophagen. Alles wies darauf hin, dass leberresidente Makrophagen nach und nach durch inflammatorische Monozyten aus dem Knochenmark ersetzt werden. Eine Gruppe von Markerproteinen wurden mit Laser-Mikrodissektion und anschließender genomweiter Analyse der Genexpression bestimmt und durchflusszytometrisch validiert. Dabei konnte ein bestimmter Phänotyp CD40 exprimierender von Monozyten abstammender Makrophagen definiert werden, der nur in iMATEs auftaucht. Weiterführende genomische Charakterisierung durch RNS Sequenzierung konnte zeigen, dass substanzielle Unterschiede zwischen CD40 exprimierender von Monozyten abstammender Makrophagen und leberresidenten Kupfferzellen bestehen. Des Weiteren wurde spezifische metabolische Fähigkeiten identifiziert, die für die Induktion lokaler Immunität von großer Bedeutung sind. Die metabolische Kompetenz der iMATE definierenden von Monozyten abstammender Makrophagen wurde mit Hilfe funktioneller Assays untersucht und zeichnete sich vor allem durch eine hohe gly