Role of the UPR-glycosylation axis in activation of plasmacytoid dendritic cells

Abstract

Plasmacytoid dendritic cells (pDCs) play a crucial role in mediating the immune response against viral infections. Still, pDCs activity is also associated with several autoimmune diseases, such as Systemic Lupus Erythematosus (SLE), Systemic Sclerosis (SSc) or psoriasis, mostly due to their capacity to produce large amounts of type I interferon (IFN-I). Therefore, these cells display a large endoplasmic reticulum (ER) and Golgi. And in fact, pDCs unfolded protein response (UPR) is an important checkpoint for the synthesis and secretion of pro-inflammatory cytokines. Moreover, N-glycosylation influences and is influenced by the efficiency of cellular proteostasis. However, the interaction between UPR pathways and glycosylation remains underexplored. Alterations in Protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase (PERK) activity, a UPR sensor, and glycosylation pathways have been identified in autoimmune diseases where pDCs are dysregulated. Thus, this project aims to unravel the dynamics between the PERK axis and glycosylation in pDCs function. For that, we used CAL-1 cells, a pDC cell line, and PERK knockout (KO) CAL-1 cells as our cell models. The cells were activated with CL307, a Toll-like receptor 7 (TLR7) agonist. We found that upon PERK abrogation, CAL-1 cells response to TLR7 activation was significantly reduced. Despite that, no significant changes were observed in TLR7 expression or some proteins from the TLR7 signalling cascade. Flow cytometry analysis showed that CAL-1 cell surface is abundant in complex tri/tetra-antennary and sialylated glycans, typically found in higher organisms including humans. Moreover, there was a tendency for an increase in the expression of these glycan structures upon cellular stimulation with CL307. Interestingly, PERK abrogation promoted an upregulation in sialic acid expression, correlated with increased levels of β-galactoside α-2,6-sialyltransferase 1 (ST6GAL 1) mRNA detected in these cells. This increased sialylation might selectively contribute to changes in the activity of some proteins, including TLR7. With this project, we began by uncovering a complex interplay between UPR and glycosylation in pDCs function. Future studies must clarify how this crosstalk is regulated in pDCs and how it contributes to their activity in the context of autoimmune diseases.

As células dendríticas plasmocitóides (pDCs) desempenham um papel crucial na mediação da resposta imunitária contra infeções virais. Contudo, a sua atividade também está associada a diferentes doenças autoimunes como o Lúpus Eritematoso Sistémico (LES), a Esclerose Sistémica (ES) ou a psoríase, principalmente pela sua capacidade em produzir elevadas quantidades de interferão tipo I (IFN-I). Portanto, as pDCs apresentam um retículo endoplasmático (RE) e Golgi relativamente bem desenvolvidos. De facto, a resposta às proteínas malconformadas (UPR) nas pDCs é um ponto de controlo importante para a síntese e secreção de citocinas pró-inflamatórias. Além disso, a N-glicosilação influencia e é influenciada pela eficiência da proteostase celular. No entanto, a interação entre as vias da UPR e a glicosilação encontra-se pouco explorada. Alterações na função da Protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase (PERK), um dos sensores da UPR, assim como nas vias da glicosilação estão identificadas em doenças autoimunes nas quais as pDCs têm uma atividade desregulada. Tendo isto em conta, este projeto pretende desvendar a dinâmica entre o eixo da PERK e a glicosilação na função efetora das pDCs. Para tal, células CAL-1, uma linha celular de pDCs, e células CAL-1 PERK knockout (KO) foram utlizadas como modelo de estudo. As células foram ativadas com CL307, um agonista do Toll-like receptor 7 (TLR7). Foi verificado que a síntese de IFN-I nas células CAL-1 estimuladas com CL307 após o knock-out da PERK foi significativamente reduzida. Contudo, não foram observadas alterações significativas na expressão de TLR7 ou em algumas das proteínas da cascata de sinalização do TLR7. A análise de citometria de fluxo revelou que a superfície celular das CAL-1 é abundante em glicanos complexos tri/tetra-antenários e sialilados, tipicamente encontrados em organismos superiores, incluindo humanos. Além disso, foi observada uma tendência para um aumento na expressão desses glicanos na sequência da ativação celular com CL307. Curiosamente, a supressão da PERK promoveu um aumento na expressão de ácido siálico, correlacionada com elevados níveis de expressão de mRNA da beta-galactosídeo alfa-2,6-sialiltransferase 1 (ST6GAL 1) nestas células. Este aumento na sialilação poderá contribuir seletivamente para alterações na atividade de algumas proteínas, incluindo do TLR7. Com este projeto, começámos por desvendar uma interação complexa entre a UPR e a glicosilação na função das pDCs. Estudos futuros são necessários para esclarecer como a sua comunicação é regulada nas pDCs e como esta pode promover a atividade destas células no contexto de doenças autoimunes.