Auteur: Linda van den Berg

Promotiejaar: 2013

Proefschrift beschrijft  (o.a.) resultaten van  project: 8.109 – gefinancierd door de Nederlandse Brandwonden Stichting

Samenvatting

Introductie

In weefsels die in contact staan met de buitenwereld, zoals de huid, de luchtwegen en de
slijmvliezen, bevinden zich antigeen presenterende afweercellen, zoals Langerhanscellen
(LCs) en dendritische cellen (DCs). LCs bevinden zich tussen keratinocyten (KCs) in de
epidermis of opperhuid, terwijl DCs zich in de dermis of lederhuid bevinden. Zowel LCs
als DCs brengen patroon herkennende receptoren tot expressie die ziekteverwekkers,
zoals bacteriën, virussen en schimmels, herkennen. C-type lectine receptoren herkennen
koolwatersto” en van ziekteverwekkers, nemen de ziekteverwekker op in de cel, en
induceren activatie van de LC of DC. Geactiveerde LCs en DCs migreren van het weefsel
naar de lymfklieren om T-cellen te activeren, die zorgen voor de adaptieve afweerreactie
en het onschadelijk maken van de ziekteverwekker.
Het evenwicht tussen de afweerreactie en de intensiteit van de ontsteking
bepaalt in grote mate de kwaliteit van wondgenezing en hoe e# ciënt de ziekteverwekker
onschadelijk wordt gemaakt. Deze balans is erg van belang tijdens wondgenezing
omdat te veel ontsteking littekenvorming tot gevolg heeft, en te weinig ontsteking tot
infectie leidt. Sommige ziekteverwekkers hebben zelfs manieren ontwikkeld om het
afweersysteem te omzeilen. Dit is het geval bij HIV-1 infectie: het afweersysteem is niet
in staat om HIV-1 uit het lichaam te bannen. Langerin is een C-type lectine receptor die
op LCs voorkomt. Langerin herkent HIV-1 en zorgt dat het virus in LCs opgenomen
wordt waardoor T-cellen niet geïnfecteerd raken. In dit proefschrift hebben we de rol van
keratinocyten, Langerhanscellen en dendritische cellen onderzocht bij wondgenezing,
ontsteking en infectie.

Resultaten

Brandwonden worden veroorzaakt door contact van de huid met vuur, hete voorwerpen
of heet water. Dit veroorzaakt weefselschade en een hevige ontstekingsreactie wat leidt tot
hypertrofe littekens. Hoewel de brandwond lokaal ernstig ontsteekt, is het systemische
adaptieve afweersysteem erg verzwakt. Daardoor is het risico op bacteriële infecties en
complicaties zoals sepsis erg groot bij brandwondpatiënten.

In hoofdstuk 3 onderzoeken we de functionaliteit van LCs en DCs in verbrande
huid. Menselijke huid is verbrand met de ‘Human Ex vivo Temperature Regulating-
Machine’ (HEAT-M) en we ontdekken dat zowel LCs als DCs uit verbrande huid niet
meer functioneren. LCs en DCs uit verbrande huid leven nog maar activeren T-cellen niet
meer, terwijl LCs en DCs uit gezonde huid dit nog wel doen. Daarbij scheidt verbrande
huid een ‘verbrandingsfactor’ uit die gezonde DCs nog verder onderdrukken bij het
activeren van T-cellen. Deze data suggereren dat de afweerreactie en de wondgenezing
verstoord zijn na verbranding. Deze resultaten zouden het verlaagde systemische
afweersysteem kunnen verklaren bij patiënten met brandwonden.

In hoofdstuk 4 onderzoeken we een manier om wondgenezing te verbeteren.
KCs, LCs en DCs brengen allemaal de C-type lectine dectin-1 tot expressie. Dectin-1
herkent specifieke schimmel beta-glucaan-koolwatersto” en die LCs en DCs kunnen
activeren. In dit hoofdstuk is het e” ect van beta-glucanen op KCs onderzocht. Huid
werd verbrand met de HEAT-M en deze huid is 14 dagen in de aan- of afwezigheid van
beta-glucanen gekweekt. We zien dat beta-glucanen zorgen voor betere KC deling en
migratie, waardoor de wond sneller dichtgroeit. Vervolgens onderzochten we de werking
van beta-glucanen op wondgenezing in een varkensmodel, maar beta-glucanen hebben
geen effect op de wondgenezing van varkens. In conclusie: beta-glucanen hebben een
positief effect op wondgenezing bij een menselijk ex vivo model, maar de effecten op het
in vivo varkensmodel moeten nog beter onderzocht worden.

In hoofdstuk 5 ontrafelen we de moleculaire mechanismen die ten grondslag
liggen aan LC-DC interactie. In geactiveerde huid migreren LCs naar de dermis waar
ze contact maken met DCs. In vitro clusteren LCs en DCs sterk en deze data suggereert
dat LCs en DCs contact maken en informatie uitwisselen. We ontdekken dat de
C-type lectine receptor langerin heel sterk aan de koolwaterstof hyaluronzuur bindt.
LCs en DCs zijn ook aanwezig in vaginale slijmvliezen en voorhuid, en zijn daarom de
eerste afweercellen die met HIV-1 in aanraking komen bij seksueel contact. Daarom
hypothetiseren we dat LCs wellicht informatie of antigenen door kunnen geven aan
DCs. In dit hoofdstuk laten we zien dat LCs HIV-1 zeer efficiënt opnemen, maar dat
LCs geen T-cellen activeren. Maar als je LCs kweekt met DCs, kunnen DCs antigenen
overnemen en wel T-cellen activeren. Deze data laten zien dat LCs en DCs clusteren via
langerin en hyaluronzuur en dat deze interactie nodig is om antigenen door te geven
voor het induceren van T-cel activatie. Dit onderzoek kan gebruikt worden bij het
ontwerpen van vaccins tegen HIV-1, maar ook tegen andere ziekteverwekkers.

In hoofstuk 6 laten we zien dat LCs ook met KCs interacteren via langerin en
hyaluronzuur. Het grootste gedeelte van de epidermis bestaat uit KCs met hyaluronzuur
aan hun celoppervlak. Activatie van LCs leidt tot het opreguleren van de enzymen
hyaluronidase-1 en -2, die op hun beurt hyaluronzuur van het oppervlak van de
KC kunnen knippen waardoor LCs naar de dermis kunnen migreren. Ook LC-DC
clustering wordt gereguleerd door deze twee enzymen. We beschrijven in dit hoofdstuk
hoe de interactie tussen langerin en hyaluronzuur in de opperhuid en lederhuid, en dus
hoe LC migratie, gereguleerd wordt.

In hoofdstuk 7 brengen we de opname- en degradatieroute van HIV-1 in kaart.
Dr. Birbeck ontdekte tennisracket-achtige structuren in LCs in 1961, die langerin-
positief bleken te zijn en die ‘Birbeck granules’ werden genoemd. LCs kunnen HIV-1
opnemen via langerin in Birbeck granules, waar het virus waarschijnlijk afgebroken
wordt. Wij hebben in hoofdstuk 7 de origine van Birbeck granules achterhaalt: het zijn
caveolin-1 positieve vesicles zijn die tot de caveolaire opnameroute behoren. Door deze
opnameroute te blokkeren neemt de HIV-1 DNA integratie in het DNA van de LC toe.
Daarom suggereren deze data dat de opname route via langerin en caveolin-1 belangrijk
is bij de afbraak van HIV-1. Deze data geven nieuw inzicht in de mechanismes die ten
grondslag liggen aan HIV-1-infecties en kunnen gebruikt worden om HIV-1 preventie
strategieën te verbeteren.

Algemene implicaties
In dit proefschrift heb ik de rol van LCs, DCs en KCs beschreven in wondgenezing,
ontsteking en infectie. Het herstellen van de functie van LCs en DCs bij patiënten
met brandwonden zou kunnen leiden tot betere wondgenezing. Daarbij heb ik laten
zien dat dectin-1 activatie op KCs wondgenezing verbetert doordat KCs gaan delen en
migreren. Koolwatersto” en, zoals beta-glucanen, kunnen in crèmes of brandwondenzalf
verwerkt worden. Bovendien zou dectin-1 activatie van LCs en DCs de onderdrukking
van het afweersysteem kunnen doorbreken. Deze kennis kan gebruikt worden om
wondgenezing te verbeteren, maar kan ook toegepast worden op andere huidziekten,
zoals eczeem, psoriasis of huidallergieën.
Ik heb een cellulair ligand voor langerin ontdekt, en laten zien dat dit ligand
– hyaluronzuur – belangrijk is in het mediëren van cellulaire interacties tussen LCs en
DCs, en tussen LCs en KCs. Deze interacties zijn belangrijk voor het induceren van
afweerreacties, maar ook voor de migratie van LCs. Deze kennis kan worden gebruikt
voor het ontwerpen van efficiënte epidermale vaccinaties, omdat het activeren van LCs
ook leidt tot DC activatie. Daarbij is hyaluronzuur niet alleen aanwezig op KCs en
DCs, maar is hyaluronzuur ook aanwezig op andere celtypes en is het aanwezig in de
extracellulaire matrix. Aanvullend onderzoek is nodig, maar de data in dit proefschrift
suggereren dat langerin een adhesiereceptor is die LC interacties in het lichaam
controleert. De fundamentele kennis over LC- en DC-immunobiologie kan gebruikt
worden om niet alleen HIV-1 te bestrijden, maar ook om andere

print