Crosstalk between plasmacytoid dendritic cells and fibroblasts: the role of pDC in systemic sclerosis

Abstract

Systemic sclerosis (SSc) is a rheumatic autoimmune disease characterized by progressive fibrosis of the skin that can extend to internal organs and tissues. Patients with SSc often exhibit a progressive phenotype with self-sustaining lung fibrosis for which there are scarce effective therapies. Plasmacytoid Dendritic Cells (pDC) are involved in the progression of the disease, particularly in the development of fibrosis. However, the mechanisms behind the role of pDC in fibrosis are still poorly understood. Endoplasmic reticulum (ER) stress has been implicated in both fibrotic disorders and autoimmune diseases, including SSc. ER stress is also known to affect pDC activation, but the impact of this regulation has not been addressed in fibrotic pathologies. Therefore, we aim to dissect the outcome of pDC interactions with human lung fibroblasts, which might contribute to induce and/or exacerbate fibrosis and understand if ER stress impacts pDC-fibroblasts crosstalk. For that we established a co-culture system to analyse interactions between a pDC cell line, CAL-1 cells, and a human lung fibroblasts cell line, IMR-90 cells. It was found that CAL-1 cells physically interact with IMR-90 cells, and that this intercellular crosstalk promotes IL-6 secretion. Interestingly, the secretome produced upon CAL-1 – IMR-90 co-culture was sufficient to induce further IL- 6 production by IMR-90 cells alone, while not affecting fibroblast viability, migration and production of extracellular matrix (ECM) proteins. Simultaneously, it was found that induction of ER stress promoted IL-6 secretion by IMR-90 cells but did not impact co-culture - induced IL-6 secretion. Incubation of IMR-90 cells with conditioned media from ER stressed cells affected cell viability and also promoted an increase in secretion of IL-6 but not ECM production. Overall, our results suggest that CAL-1 cells directly interact with IMR-90 cells and promote inflammation, and that ER stress can play a role in the disease by increasing fibroblasts death and modulating cytokine secretion. We propose that the interaction between pDC and fibroblasts plays a role in the pathogenesis of fibrosis and thus, more studies on the dynamics of their interaction should be done to clarify the mechanisms by which pDC contribute to systemic sclerosis.

A esclerose sistémica (ES) é uma doença reumática autoimune caracterizada por fibrose progressiva da pele, que se pode estender a órgãos e tecidos internos. Os pacientes com ES costumam exibir um fenótipo progressivo com fibrose pulmonar para o qual as terapias eficazes são escassas. Existem evidências do envolvimento das células dendríticas plasmacitóides (pDC) na progressão da doença, particularmente no desenvolvimento da fibrose. Contudo os mecanismos pelos quais as pDC contribuem para a ES são ainda pouco conhecidos. Adicionalmente, o stress do retículo endoplasmático (RE) já foi implicado tanto em doenças fibróticas como autoimunes, incluindo a ES. No entanto, apesar de se saber que o stress do RE afeta a ativação das pDC, o impacto desta regulação ainda não foi estudado na fibrose. Portanto, o objetivo deste trabalho é analisar o resultado da interação das pDC com fibroblastos pulmonares humanos, que pode contribuir para induzir e/ou exacerbar a fibrose, e investigar se o stress do RE impacta o seu crosstalk. Deste modo, realizámos uma co-cultura entre células CAL-1, uma linha celular de pDC, e células IMR- 90, uma linha celular de fibroblastos pulmonares humanos, na qual observámos que as células estabeleciam contacto direto e que este promovia a secreção de IL-6. Curiosamente, o sobrenadante da co-cultura das CAL-1 com as IMR-90 estimulou a secreção de IL-6 pelas IMR-90, mas não teve impacto na sua viabilidade, migração e produção de proteínas da matriz extracelular. Simultaneamente, os nossos resultados mostraram que a indução do stress do RE promoveu a secreção de IL-6 pelas células IMR-90, mas não influenciou a secreção de IL-6 induzida pela co-cultura. Por sua vez, a incubação com meio condicionado de células com stress do RE ativo reduziu a viabilidade celular das IMR-90 e promoveu a secreção de IL-6, porém não afetou a produção de matriz extracelular. De forma geral, os nossos resultados sugerem que há interação direta entre as CAL-1 e as IMR-90, que promove inflamação, e que o stress do RE pode estar envolvido na doença através da modelação da secreção de citocinas e indução da morte dos fibroblastos. Propomos que a interação entre pDC e fibroblastos tem um papel na patogénese da doença e que mais estudos focados nesta interação devem ser feitos de modo a esclarecer os mecanismos pelos quais as pDC contribuem para a esclerose sistémica.