Cross-presentation capabilities of proximal tubular epithelial cells and the relevance in glomerulonephritis

Abstract

Glomerulonephritides are autoimmune-mediated glomerular diseases, the underlying mechanisms of which are the subject of current research. Studies point out the contribution of CD8+ T cells during glomerulonephritis, and their modulation by kidney intrinsic APCs in the development of renal damage. According to previous findings, that also structural cell populations can act as non-professional APCs, it was discovered recently, that the PTECs in the kidney are capable to activate CD4+ T cells, inducing a proinflammatory phenotype. The present study aimed to investigate the immunomodulatory properties of PTECs towards CD8+ T cells and the possible contributions of this postulated immunomodulatory property in vivo. An important mechanism in APCs is the capability to present exogenous antigen on MHC-I, which is called cross-presentation. In this study mRNA analyses for target genes involved in cross-presentation were conducted, in which PTECs were compared to DCs as professional and LSECs as non-professional APCs. Here, the PTECs expressed mRNA of every target gene. In subsequent comparative protein analyses, PTECs expressed every protein on at least similar levels, except for the mannose receptor. Functional analyses of the antigen internalization by PTECs using fluorescently labelled OVA showed, that despite of low protein levels of the mannose receptor, PTECs were able to internalize exogenous antigen in an active and directed process. To determine the plausibility of the postulated immunomodulatory function of PTECs in vivo, in this study an immunohistochemical staining and analysis method for CD8+ T cells was established and used to analyze kidney sections of three murine models for glomerulonephritis with different severity. Especially in the kidneys with severe glomerulonephritis, an infiltration by CD8+ T cells into the tubulointerstitium could be observed, which enables contact of these infiltrating cells with PTECs. In conclusion, this study shows, (1) that PTECs express proteins required to conduct the endosome-to-cytosol pathway of cross-presentation, with the limitation of low expression levels of the mannose receptor and (2) that the PTECs are able to internalize exogenous antigen in an active process. (3) As a significant tubulointerstitial infiltration by CD8+ T cells was detected in murine severe, but not in mild glomerulonephritis, contact of CD8+ T cells with PTECs and a thereby mediated T cell activation by PTECs might be a contributing mechanism to cell-mediated autoimmune tissue damage especially in severe forms of glomerulonephritis.

Glomerulonephritiden sind autoimmunvermittelte glomeruläre Erkrankungen, deren zugrundeliegende Mechanismen Gegenstand der aktuellen Forschung sind. Studien weisen auf den Beitrag CD8+ T-Zellen bei der Glomerulonephritis, und ihre Modulation durch nierenresidente APCs bei der Entstehung von Nierenschäden hin. Nach früheren Erkenntnissen, dass auch strukturelle Zellpopulationen als nicht- professionelle APCs fungieren können, wurde kürzlich gezeigt, dass die PTECs der Niere CD4+ T-Zellen in vitro aktivieren und einen proinflammatorischen Phänotyp induzieren können. Ziel der vorliegenden Studie war es, die immunmodulatorischen Eigenschaften von PTECs gegenüber CD8+ T-Zellen und die möglichen Einflüsse dieser Interaktion in vivo zu untersuchen. Da die Präsentation von exogenem Antigen auf MHC-I (Kreuz-Präsentation) eine wichtige APC-Fähigkeit ist, wurden in dieser Studie in vergleichenden mRNA-Analysen die PTECs mit DCs als professionelle und LSECs als nicht-professionelle APCs hinsichtlich der Expression daran beteiligter Gene verglichen. Dabei exprimierten die PTECs mRNA für jedes untersuchte Zielgen. In anschließenden vergleichenden Proteinanalysen zeigten die PTECs bis auf den Mannoserezeptor mindestens gleichstarke Expressionsniveaus am Prozess der Kreuzpräsentation beteiligter Proteine. Funktionelle Analysen der Antigeninternalisierung durch PTECs mittels Durchflusszytometrie zeigten, dass PTECs trotz geringer Mannoserezeptorexpression exogenes Antigen in einem aktiven Prozess internalisieren. Nach Etablierung einer immunhistochemischen Färbe- und Analysemethode für CD8+ T-Zellen zeigte sich in Nierenschnitten aus drei Mausmodelle für Glomerulonephritis unterschiedlichen Schweregrades insbesondere in Nieren mit schwerer Glomerulonephritis eine Infiltration von CD8+ T-Zellen in das Tubulointerstitium mit einem somit möglichen Zellkontakt von diesen zu PTECs. Zusammenfassend zeigt diese Studie, (1) dass PTECs Proteine exprimieren, die für die Durchführung des Endosom-zu-Zytosol-Weges der Kreuzpräsentation erforderlich sind, mit der Einschränkung niedriger Mannoserezeptorexpression, und (2) dass die PTECs in der Lage sind, exogenes Antigen in einem aktiven Prozess zu internalisieren. (3) Der Nachweis tubulointerstitieller Infiltration durch CD8+ T-Zellen bei schwerer, aber nicht bei leichter, Glomerulonephritis zeigt, dass eine durch Zellkontakt zu PTECs vermittelte Aktivierung von CD8+ T-Zellen ein Mechanismus sein könnte, der zur zellvermittelten autoimmunen Gewebeschädigung während Glomerulonephritis, insbesondere bei schweren Formen, beiträgt.