Charakterisierung der molekularen Identität und Funktion von humanen ILC3 mittels einer neuen in vitro Differenzierungsplattform

• Antragsteller: Professor Dr. Markus G. Uhrberg
• Fachliche Zuordnung: Immunologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470195722

Gruppe 3 innate lymphoid cells (ILC) sind eine heterogene Familie von geweberesidenten Lymphozyten mit pleiotropen und teilweise gegensätzlichen Funktionen. Auf der einen Seite produzieren ILC3 das Zytokin IL-22, welches wichtige Funktionen für die Aufrechterhaltung mukosaler Barrieren, der Kontrolle von bakteriellen Infektionen und der Homeostase des kommensalen Mikrobioms besitzt. IL-22-produzierende ILC3 sind insbesondere in die Kontrolle von Entzündungsprozessen und die Regeneration von beschädigten endothelialen Barrieren involviert. Auf der anderen Seite produzieren ILC3 aber auch inflammatorische Zytokine wie TNF und IL-17, die mukosale Entzündungsprozesse beschleunigen können und auch bei entzündlichen Darmerkrankungen eine Rolle spielen. Die dritte Art von Gruppe 3 ILC sind lymphoid tissue inducer (LTi) Zellen, die u.a. in die Bildung von Lymphknoten involviert sind. Zurzeit ist die Forschung an humanen ILC3 logistisch schwierig, da sie primär nur in Geweben zu finden sind und im peripheren Blut fast vollständig fehlen. Auch entsprechende Zelllinien gibt es zurzeit nicht. Auf diesem Hintergrund haben wir vor kurzem eine in vitro Plattform entwickelt, mit der man IL-22-produzierende ILC3, LTi-ähnliche Zellen und NK-Zellen in Kokultur mit mesenchymalen Stammzellen (MSC) generieren kann. Die effiziente Generierung von IL-22+ ILC3 aus hämatopoietischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPC) aus Nabelschnurblut wird durch die MSC unterstützt und konnte nicht durch murine stromale Zellen oder Zytokine adäquat ersetzt werden. Der hier vorliegende Antrag hat drei primäre Ziele: 1. Charakterisierung der in vitro-generierten ILC3 durch phänotypische und molekulare Analysen auf Einzelzellniveau, u.a. durch transkriptionelles Profiling mittels Einzelzell-RNAseq. Es erfolgt ein Vergleich mit entsprechenden ILC3-Daten aus Tonsillen und Darm. 2. Funktionelle und epigenetische Untersuchung der Plastizität der generierten ILCs. Hierzu wird das epigenetische Imprinting der ILC3 und LTi-ähnlichen Zellen mittels ATACseq untersucht, einer Methode zur globalen Analyse der Chromatinzugänglichkeit. Weiterhin wird durch geeignete Stimuli funktional untersucht inwieweit ILC3 in ILC1 oder NK-Zellen konvertieren können und ob ein Switch von IL-22 zur Produktion von IL-17 induziert werden kann. 3. Identifizierung von mikrobiomischen und diätischen Stimuli welche die ILC3-Aktivität modulieren. Die neuartige HPSC/MSC Plattform ermöglicht hier eine effiziente Testung verschiedener diätischer Metaboliten, einem Feld das zurzeit überwiegend auf Daten aus murinen Modellen basiert. Insgesamt eröffnet dieses Projekt neue Wege für zukünftige Zell-basierte Therapien, bei denen es zu einem Zusammenbruch intestinaler Barrieren kommt, wie dies häufig der Fall ist bei der graft-versus-host Krankheit nach hämatopoietischer Stammzelltransplantation, bei entzündlichen Darmerkrankungen, sowie auch bei HIV-Infektionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen