Functionele ontleding van regulatoire T-cel plasticiteit en zijn impact op de gezondheid

Treg zijn cruciale spelers in het creëren van immuun-tolerantie en het handhaven van immuun-homeostase. Een slecht functionerend of onvoldoende aantal Treg wordt in verband gebracht met verschillende aandoeningen, gaande van atopische aandoeningen zoals allergische astma tot auto-immuunziekten. Treg worden gekarakteriseerd door expressie van de transcriptiefactor Foxp3, die essentieel is voor het tot stand brengen en handhaven van hun suppressief transcriptioneel programma. Het belang van deze transcriptiefactor wordt aangetoond door het feit dat verlies van Foxp3 expressie leidt tot de ontwikkeling van een dodelijke multi-orgaan auto-immuunziekte, bij zowel muis als mens. Treg worden over het algemeen beschouwd als een terminaal gedifferentieerde populatie met stabiliteit op lange termijn in een gezonde omgeving. De laatste jaren hebben verschillende studies echter gesuggereerd dat signalen in de micro-omgeving, zoals stress, gevaar of ontsteking, kunnen leiden tot het verlies van Foxp3 expressie en het verwerven van effector cytokines, wat resulteert in zogenaamde ex-Foxp3 cellen.

Er zijn verschillende modellen voorgesteld voor de oorsprong en functie van de ex-Foxp3 cel populatie. Het genereren van ex-Foxp3 cellen kan een geprogrammeerde reactie zijn op acute inflammatoire triggers, om zo te helpen bij de initiatie fase van de immuunrespons, een model genaamd ‘het acute respons model’. Bewijs voor dit model in vitro en in vivo heeft echter gemengde resultaten opgeleverd. Anderzijds, wordt verondersteld dat echte Treg zeer stabiel zouden zijn in vivo, en dat "ex-Foxp3 cellen" in plaats daarvan afkomstig zijn van een niet-toegewijde populatie van Foxp3neg T-cellen die tijdelijk Foxp3 opreguleren. De aard van Treg stabiliteit blijft dus zeer controversieel. De vraag is therapeutisch relevant, gezien het toenemend gebruik van Treg in celtherapie. Door het verborgen auto-immuun potentieel, is het behoud van Foxp3 expressie en suppressieve status de sleutel in elk klinisch gebruik van Treg als celtherapie. Er is voorgesteld dat bepaalde Treg markers geassocieerd zijn met een hoger potentieel voor stabiliteit, maar het blijft onduidelijk of deze instaat zijn om een onstabiele subset identificeren, of dat deze populaties een tussenstadium vertegenwoordigen in fluctuerende waarschijnlijke deconversie.

In dit proefschrift hebben we de fundamentele concepten van Treg instabiliteit ontleed. Ten eerste hebben we formeel getest of Treg instabiliteit een stochastische gebeurtenis is, of een eigenschap van een subset. We toonden aan dat microbiële uitdaging niet resulteert in een verhoogde Treg instabiliteit, en vonden daarom geen ondersteuning voor het acute infectie model. Met behulp van een adoptief transfermodel in een lymphopenische omgeving, hebben we verder onderzocht of Treg instabiliteit het resultaat is van probabilistische deconversie of een eigenschap toebehorend aan een bepaalde Treg subset. Door het overbrengen van bona fide Treg en het beoordelen van hun vermogen om ex-Foxp3 cellen te worden over verschillende opeenvolgende transfers, toonden we aan dat slechts een fractie van Treg spontaan deconverteert naar ex-Foxp3 cellen.

Verder analyseerden we het reconversie potentieel van exFoxp3 cellen naar de Treg identiteit. Vanwege hun potentiële aard voor zelf-reactiviteit, is het belangrijk om het reconversie potentieel van ex-Foxp3 cellen te beoordelen. Wij toonden aan dat ex-Foxp3 cellen refractair zijn voor reconversie, zowel in vitro als in vivo, wat erop wijst dat instabiliteit een terminale, eerder dan een voorbijgaande, toestand is.

Tenslotte hebben we, met behulp van multi-omics benaderingen, de instabiliteit binnen de Treg populatie ontleed. We waren in staat om de instabiele Treg subset te identificeren als verrijkt voor, maar niet beperkt tot, Nrp1neg Treg met een naïef fenotype en thymus-afgeleide RTE Treg. Daarom geloven wij dat deze resultaten erop wijzen dat Treg instabiliteit het resultaat is van een gebrek aan toewijding aan de Treg identiteit.

Met het toenemend gebruik van Treg cel-gebaseerde klinische studies, en het geïdentificeerde risico van autoreactieve Treg die inflammatoire ex-Foxp3 cellen kunnen worden, is de noodzaak om Treg instabiliteit te vermijden van het grootste belang. Het stochastische model zou stellen dat Treg voor celtherapie moeten worden behandeld op een manier om de Foxp3 expressie te stabiliseren, waardoor plasticiteit na injectie wordt beperkt, en er is inderdaad veel moeite gedaan in deze richting. Onze resultaten, die aantonen dat Treg plasticiteit een eigenschap is die beperkt is tot een onstabiele subset, suggereren een radicaal andere benadering: in plaats van de stabiliteit van Treg te bevorderen, kan het "zuiveren" van de Treg populatie van onstabiele klonen door blootstelling aan een destabiliserende omgeving een overblijvende zeer stabiele Treg restpopulatie achterlaten. Een strategie gebaseerd op "destabiliseren en heropzuiveren" kan dus contra-intuïtief resulteren in een populatie die beter in staat is het lot te behouden en veiliger is voor klinisch gebruik dan de vorige benadering waarbij men focust op "stabiliseren en behandelen". Deze modellen zouden echter gevalideerd moeten worden in humane Treg systemen vooraleer ze in celtherapietests opgenomen kunnen worden.