Role of the PD-1/PD-L inhibitory pathway during experimental infection by Trypanosoma cruzi Tulahuen strain

Abstract

The protozoa parasite Trypanosoma cruzi is the etiological agent of Chagas disease or human American trypanosomiasis. Establish life-long infections which are often asymptomatic or associated with digestive or cardiac alterations that can lead to death. Preliminary studies have shown that during chronic parasitic infections, Ag-specific T cells become dysfunctional, upregulate the expression of inhibitory receptors, involving these regulatory pathways in the control of the infection. Recent studies have shown that T. cruzi modulates the expression of these receptors on lymphocytes after the infection. In this study we evaluate the role of PD-1/PD-L inhibitory pathway during the experimental infection by T. cruzi Tulahuen strain in an infection model using C57BL/6J female mice, focusing on the effects of a blockade of this pathway as a potential strategy to design future therapeutic approaches for Chagas disease. Unexpectedly, experimental infection of PD-L1 knockout mice exhibited an increased parasitemia in comparison to wild type mice suggesting that PD-L1 deficiency is not associated with a reduced parasitemia neither improve resistance to infection. No difference in the frequency of activated T cells or other immune cells populations were observed in infected PD-L1 knockout mice in comparison to infected wild type mice. Upon PD-L1 deficiency, no significant difference were observed in the T cell responses (IFN-γ production) or cytotoxic function (Granzyme B expression) in comparison to infected wild type mice. Strikingly, PD-L1 deficiency induced the expression of IL-10 on CD8+ T cells and upregulation of other inhibitory receptors such as TIM-3 and 2B4. Results from blockade assay using monoclonal antibodies against the PD-1 receptor and combined blockade against PD-1 and TIM-3 confirmed the effect of the interruption of this pathway on the parasitemia and resistance to infection observed in infected PD-L1 KO mice. These results demonstrate that this inhibitory pathway might play an important role in the control of parasite proliferation and resistance of T. cruzi Tulahuen infection. Its interruption favors a pronounced exhaustion stage of immune cells through the induction of other regulatory mechanisms limiting its application in a clinical context.

Der protozoe Parasit Trypanosoma cruzi ist der verantwortliche Erreger der Chagas Krankheit, auch bekannt als Amerikanische Trypanosomiasis. Diese führt zu einer lebenslangen Infektion, welche oftmals asymptomatisch verläuft oder auch zu einer Verdauungs- oder Herzstörung, bis hin zum Tode führt. Vorversuche haben gezeigt, dass während einer chronischen parasitären Infektion Ag-spezifische T Zellen dysfunktionell werden und die Expression von blockierenden Rezeptoren, welche an den regulierenden Signalwegen zur Kontrolle einer Infektion beteiligt sind, hoch reguliert wird. Neue Studien haben gezeigt, dass T. cruzi die Expression dieser Rezeptoren in Lymphozyten nach der Infektion moduliert. In dieser Studie untersuchen wir die Funktion von PD-1/PD-L inhibitorischen Signalwegen während einer experimentellen Infektion von weiblichen C57BL/6J Mäusen mit dem Stamm T. cruzi Tulahuen, mit dem Fokus auf der Blockierung dieses Signalweges als mögliche Strategie für zukünftige Therapieansätze zur Behandlung der Chagas Krankheit. Unerwarteterweise zeigten experimentell infizierte PD-L1 knockout Mäuse im Verlgeich zu wildtyp Mäusen eine erhöhte Parasitenlast, was daraufhin deuted, dass das Blockieren von PD-L1 weder mit einer verringerten Parasitenlast zu assoziieren ist, noch die Resistenz gegenüber der Infektion verbessert. Es wurden keine Unterschiede in der Häufigkeit von aktivierten T-Zellen oder anderen Immunzell-Populationen in infizierten PD-L1 knockout Mäusen im Vergleich zu wildtyp Mäusen beobachtet. Das Fehlen von PD-L1 in knockout Mäusen zeigte im Vergleich zu infizierten wildtyp Mäusen keine signifikanten Unterschiede, weder in der T-Zell Antwort (IFN- γ Produktion), noch bei zytotoxischen Funktionen (Granzyme B Expression). Auffallenderweise induzierte das Fehlen von PD-L1 eine erhöhte Expression von IL-10 auf CD8+ T-Zellen, sowie von anderen blockierenden Rezeptoren wie TIM-3 and 2B4. Experimentelle Ergebnisse von Blockierungs-Assays, bei welchen spezifische Antikörper gegen den PD-1 Rezeptor und kombinierte Blockierungen gegen PD-1 und TIM-3 verwendet wurden, bestätigten den Effekt der Unterbrechung dieses Signalweges auf die Parasitenlast und die Resistenz gegenüber Infektionen, welche in infizierten PD-L1 knockout Mäusen beobachtet wurden. Diese Ergebnisse zeigen, dass dieser inhibitorische Signalweg möglicherweise eine wichtige Rolle in der Kontrolle der Parasitenproliferation und gegenüber der Resistenz einer T. cruzi Tulahuen Infektion spielt. Seine Unterbrechung fördert einen ausgeprägten Erschöpfungszustand der Immunzellen, welcher auf die Induktion von anderen regulatorischen Mechanismen zurück zu führen ist, was somit dessen Anwendbarkeit im klinischen Bereich limitiert.