The role of dendritic cell metabolism in antitumor immunity

Abstract

Plasmacytoid dendritic cells (pDCs) are characterized by their ability to produce large amounts of interferon type I (IFN-α/β) when TLR7/9 receptors are stimulated. In cancer, however, pDCs have been shown to decrease their response, decreasing interferon production and thus contributing to an immunosuppressive environment. In recent years, cellular metabolism has been shown to play a key role in the activation process of pDCs, although a comprehensive understanding of the relation between metabolic adaptations on these cells and their stimulatory or regulatory functions is still lacking. The present work aims to further clarify this relation. Firstly, the human CAL-1 pDC cell line was cultured in vitro and treated with a TLR7 agonist (CL307) at different concentrations and incubation times, in order to optimize conditions for CAL-1 activation. Then, the work focused on the phenotypic and metabolic responses of pDCs to CL307, under the influence of factors that mimic the tumor microenvironment (TNF-α+TGF-β). In addition to the evaluation of IFN-β and TNF-α mRNA expression levels, the polar fractions of the cells were analyzed by 1H-NMR spectroscopy and about 30 intracellular metabolites were identified. Culture media supernatants were further analyzed to characterize cell consumption and excretion patterns. The levels of IFN-β and TNF-α mRNA increased significantly upon incubation with CL307 1 µM for 3h. Exposure to the stimulus for 3h resulted in a greater change in IFN-β and TNF-α mRNA, but had a lower impact on cell composition and metabolic activity than an incubation of 1h. Metabolic changes associated with activation with CL307 resulted in intensification of glycolysis and the tricarboxylic acid (TCA) cycle, which may be correlated with the increased biosynthetic requirements inherent in an immunogenic profile. Under the influence of TNF-α and TGF-β, there was a suppression of IFN-β and TNF-α mRNA expression associated with activation, accompanied by attenuation of metabolic changes. Overall, this study demonstrated that, in the presence of a tumor microenvironment, CAL-1 plasmacytoid dendritic cells alter their phenotypic and metabolic response to TLR7 stimulation.

As células dendríticas plasmacitóides (pDCs) caracterizam-se pela produção de grandes quantidades de interferão tipo 1 (IFN-α/β) quando estimuladas nos recetores TLR7/9. Em cancro, contudo, as pDCs têm demonstrado uma diminuição da sua capacidade de ativação, diminuindo a produção de interferão e, assim, contribuindo para um ambiente imunossupressor. Nos últimos anos tem sido demonstrado que o metabolismo celular desempenha um papel fundamental no processo de ativação das pDCs, embora ainda falte uma compreensão abrangente da relação entre as adaptações metabólicas destas células e as suas funções estimuladoras ou reguladoras. O presente trabalho pretendeu contribuir para elucidar esta relação. Numa fase inicial, a linha celular de pDCs humanas CAL-1 foi cultivada in vitro e tratada com um agonista de TLR7 (CL307) em diferentes concentrações e tempos de incubação, com vista a otimizar as condições de ativação das células. De seguida, o trabalho focouse nas respostas fenotípicas e metabólicas das pDCs ao CL307, sob a influência de fatores que mimetizam o microambiente tumoral (TNF-α+TGF-β). Para além da avaliação dos níveis de expressão de mRNA de IFN-β e TNF-α, as frações polares das células foram analisadas por espectroscopia de RMN de protão, tendo-se identificado cerca de 30 metabolitos intracelulares. Analisaram-se ainda os sobrenadantes dos meios de cultura para caracterizar os padrões de consumo e excreção das células. Os níveis de mRNA de IFN-β e TNF-α aumentaram significativamente após incubação das células durante 3h com CL307 a 1 µM. A exposição ao estímulo durante 3h resultou numa maior alteração dos níveis de expressão de mRNA de IFN-β e TNF-α, mas num menor impacto na composição e atividade metabólica das células do que durante 1h de exposição ao estímulo. As alterações metabólicas associadas à ativação com CL307 sugerem intensificação da glicólise e do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA), que poderá estar correlacionada com o aumento das necessidades biosintéticas, inerente a um perfil imunogénico. Sob a influência de TNF-α e TGF-β, observou-se uma supressão da expressão de mRNA de IFN-β e TNF-α associada à ativação do TLR7, acompanhada por uma atenuação das alterações metabólicas. De uma forma geral, este estudo demonstrou que, na presença de um microambiente tumoral, as células dendríticas plasmacitóides CAL-1 alteram a sua resposta fenotípica e metabólica à estimulação do TLR7.