Dendritic Cells and HIV-1: Molecular Mechanisms Involved in Viral Capture, Trans-infection and Antigen Presentation

Abstract

Les cèl·lules dendrítiques (CD) són les cèl·lules presentadores d’antigen més potents del sistema immuntari, enllaçant la immunitat innata i la immunitat adquirida. No obstant això, les CD poden contribuir a la disseminació del Virus de la Immuno-deficiència Humana tipus 1 (VIH-1) mentre intenten induir una resposta adaptativa contra la infecció viral. El paradigma immunològic clàssic sobre la funció de les CD indica que les CD immadures principalment capturen patògens, mentre que les CD madures indueixen una resposta adaptativa contra el patogen capturat. Però, la maduració de les CD amb lipopolisacàrid (LPS) augmenta la seva abilitat per capturar el VIH-1, que, al seu torn, resulta en una potent transmissió infecciosa a cèl·lules diana. L’objectiu d’aquesta tesi és el d’analitzar els mecanismes involucrats en la captura, la trans-infecció i la presentació antigènica del VIH-1 per part de las CD. Amb aquesta finalitat i utilitzant tècniques de biologia cel·lular i molecular, s’ha identificat el lligand viral i el receptor en les CD responsable del mecanisme de captura del VIH-1 independent de l’envolta viral, el destí del VIH-1 capturat per les CD, i els determinants per a una transmissió infecciosa eficient d’aquestes partícules virals als limfòcits T CD4+. Els resultats obtinguts proporcionen nova informació sobre la contribució de les CD a la patogènesi del VIH-1. La maduració de les CD amb LPS augmenta l’expressió de Siglec-1 a la membrana plasmàtica de les CD. Aquest receptor actua reconeixen la sialillactosa dels gangliòsids de la membrana del VIH-1, constituint el mecanisme d’unió i captura del VIH-1 en la CD independent de l’envolta viral. Però, aquest mecanisme tant eficient de captura viral en les CD no representa una font d’antigen per a la presentació antigènica del VIH-1, ja que les partícules virals capturades són retingudes en un compatiment intracel·lular, protegides de la degradació i preservant la seva infectivitat. Per tant, en el cas de les CD madurades amb LPS, hi ha una dissociació entre la captura del VIH-1 i la seva presentació antigènica. Per contra, la captura del VIH-1 per Siglec-1 es redirigeix cap la transmissió infecciosa a cèl·lules diana, però sense que el VIH-1 infecti les CD. Atès que les CD interaccionen contínuament amb les cèl·lules T CD4+ durant la seva tasca immunològica, ja sigui per induir respostes immunes adaptatives o per a mantenir l’homeostasi de les cèl·lules T, el VIH-1 pot aprofitar-se d’aquests contactes, sense modular-los, per a ser transmès. D’aquesta manera, el VIH-1 passa desapercebut a través de la sinapsi CD–cèl·lula T, escapant del control immunològic i incrementant la propagació viral, que està marcadament afavorida per l’activació immune induïda pels contactes CD–cèl·lula T. Per tant, determinar la contribució de les CD en la patogènesi de la infecció pel VIH-1 pot ser de gran importància pel desenvolupament d’estrategies terapèutiques dirigides a bloquejar la disseminació del VIH-1.

Las células dendrítcas (CD) son las células presentadoras de antígeno más potentes del sistema inmunitario, enlazando la inmunidad innata y la inmunidad adquirida. Sin embargo, las CD pueden contribuir a la diseminación del Virus de la Inmunodeficiencia Humana tipo 1 (VIH-1) mientras intentan inducir una respuesta adaptativa contra la infección viral. El paradigma inmunológico clásico sobre la función de las CD indica que las CD inmaduras principalmente capturan patógenos, mientras que las CD maduras inducen una respuesta adaptativa frente al patógeno capturado. No obstante, la maduración de las CD con lipopolisacárido (LPS) incrementa su abilidad para capturar VIH-1, que, a su vez, resulta en una potente transmisión infecciosa a células diana. El objetivo de esta tesis es el de analizar los mecanismos involucrados en la captura, la trans-infección y la presentación antigénica del VIH-1 por parte de las CD. Con esta finalidad y utilizando técnicas de biología celular y molecular, se ha identificado el ligando viral y el receptor en las CD responsables del mecanismo de captura del VIH-1 independiente de la envuelta viral, el destino del VIH-1 capturado por las CD, y los determinantes para una transmisión infecciosa eficiente de estas partículas virales a los linfocitos T CD4+. Los resultados obtenidos proporcionan nueva información acerca de la contri-bución de las CD en la patogénesis del VIH-1. La maduración de las CD con LPS incrementa la expresión de Siglec-1 en la membrana plasmática de las CD. Este receptor reconoce la sialillactosa de los gangliósido de la membrana del VIH-1, mediando el mecanismo de unión y captura del VIH-1 en las CD independiente de la envuelta viral. Sin embargo, este mecanismo tan eficiente de captura viral en las CD no representa una fuente de antigéno para la presentación antigénica del VIH-1, dado que las partículas virales capturas son retenidas en un compartimento intracelular, protegidas de la degradación y preservando su infectividad. Por consiguiente, en el caso de las CD maduradas con LPS, existe una disociación entre la captura del VIH-1 y su presentación antigénica. Por el contrario, la captura de VIH-1 mediada por Siglec-1 se redirige hacia la transmisión infecciosa a células diana, pero sin que el VIH-1 infecte las CD. Dado que las CD interaccionan continuamente con los célula T CD4+ durante su labor inmunológica, tanto para inducir respuestas inmunes adaptativas como para mantener la homeostasis de las células T, el VIH-1 puede aprovecharse de estos contactos, sin modularlos, para ser transmitido. De esta manera, el VIH-1 pasa desapercibido a través de la sinapsis CD–célula T, escapando del control inmunológico e incrementando la propagación viral, que está marcadamente favorecida por la activación immune inducida por los contactos CD–célula T. Por lo tanto, determinar la contribución de las CD en la patogénesis de la infección por VIH-1 puede ser de gran importancia para el desarrollo de estrategias terapéuticas dirigidas para bloquear la diseminación del VIH-1.

Dendritic cells (DC) are the most potent antigen-presenting cells in the immune system, linking innate and adaptive immune responses. However, it has been suggested a dual role of DC in Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1) infection by increasing the spread of HIV-1 while trying to trigger an adaptive response against viral infection. The classical immunological paradigm affirms that immature DC mainly mediate pathogen uptake while mature DC launch adaptive immune responses against the captured pathogen. Nevertheless, DC maturation with lipopolysaccharide (LPS) increases their ability of capturing HIV-1 particles resulting in a potent infectious transmission to target cells. The aim of this thesis is to analyze the mechanisms involved in DC-mediated HIV-1 capture, trans-infection and antigen presentation. To that end, we used methods of cellular and molecular biology, reporting the viral ligand and the DC receptor responsible for an HIV-1 Env-independent uptake mechanism, the fate of the captured HIV-1 particles, and the determinants for an efficient infectious transmission to CD4+ T lymphocytes. Our results provide new insights into contribution of DC to HIV-1 pathogenesis. Maturation of DC with LPS increases the expression of Siglec-1 on DC membrane. This receptor acts as the attachment factor in DC for sialyllactose-containing gangliosides in HIV-1 membrane, mediating the Env-independent mechanism of HIV-1 binding and uptake by DC. However, this efficient mechanism of HIV-1 capture does not represent a source of viral antigen for HLA loading and T-cell activation, given that captured virions are retained within an intracellular compartment, away from degradation, thus preserving their infectivity. Consequently, in the case of HIV-1 and DC matured with LPS, there is dissociation between pathogen uptake and antigen presentation. On the contrary, Siglec-1-mediated HIV-1 capture by DC is redirected to infectious viral transmission to susceptible target cells, without infecting host DC. Since DC continuously interact with CD4+ T lymphocytes during their immunological labor, either to elicit adaptive immune responses or to maintain T-cell homeostasis, HIV-1 can take advantage of these contacts, without modulating them, to be transmitted. As a result, HIV-1 can go unnoticed across the DC–T-cell synapses, bypassing the immunological control and increasing viral dissemination, which is markedly favored by immune activation driven by DC–T-cell contacts. Therefore, determining the contribution of DC to the pathogenesis of HIV-1 infection may be important for the development of therapeutic strategies aiming to block HIV-1 spread.