Molecular Basis of CD1D and Natural Killer T Cell Function

点击翻译按钮获取中文摘要

The long-­term goal of this project is to understand the role of type I, semi-­invariant natural killer T (NKT) cells in  generating  mucosal  immunity  against  respiratory  infectious  diseases.  NKT  cells  are  innate-­like  lymphocytes  that,  by  recognizing  microbial  glycolipids  or  microbe-­induced  self  lipids,  assert  a  role  in  infectious  diseases.  NKT  cells  are  disproportionately  enriched  in  the  lung  mucosa,  but  the  role  of  these  T  cells  in  respiratory  infectious  diseases  is  not  fully  understood.  The  lung  mucosa  is  a  major  site  for  Francisella  tularensis  (Ft)  invasion that oft-­time causes a fatal infectious disease known as pulmonary tularemia. Ft infections of the skin  and  intestine  can  spread  systemically,  especially  when  left  untreated,  and  cause  pulmonary  tularemia.  Tularemia  is  an  inflammatory,  sepsis-­like  disease.  Consistent  with  a  role  for  NKT  cells  in  pro-­inflammatory  diseases  and  sepsis,  we  discovered  that  Ft  subspecies  holarctica-­derived  live  vaccine  strain  (LVS)  quickly  activated lung interstitial NKT cells and induced runaway inflammation. Thus, LVS-­infected immune competent  mice became severely morbid and succumbed to a tularemia-­like disease. Accordingly, NKT cell-­deficient mice  recovered  from  disease  and  lived  despite  similar  bacterial  burden  in  the  lungs  of  both  mutant  and  wild  type  mice.  Survival  was  likely  because  NKT  cell-­deficient  mice  had  developed  the  protective  induced  bronchus-­ associated  lymphoid  tissue  (iBALT)  at  the  peak  of  infection.  Further,  the  iBALT-­suppressing  regulatory  T  cells  are enriched in wild type mice, whilst the iBALT-­inducing IL-­17-­producing cells, potentially mucosa-­associated  invariant T cells (MAIT), are enriched in NKT cell-­deficient mice, and vice versa. These new data suggest that  a  Treg  to  IL-­17-­producing  MAIT  cell  imbalance  underlie  tularemia-­like  disease  caused  by  LVS  infection.  Guided  by  these  findings,  we  hypothesize  that  an  Ft-­derived  glycolipid  agonist(s)  activates  NKT  cells  in  the  lungs,  stirring  up  an  inflammatory  milieu  that  prevents  iBALT  formation  and,  thereby,  causing  fatal  tularemia-­ like  disease  in  mice.  To  test  this  central  hypothesis,  we  will  elucidate  the  cellular  and  molecular  mechanisms  that  underlie  the  presentation  of  the  cytoplasmic  glycolipid  agonists  to  NKT  cells  and  cause  tularemia-­like  disease  during  a  natural  Ft  infection  (Aims  1  and  2).  Further,  we  will  elucidate  and  validate  the  chemical  structure  of  the  LVS  and  the  type  A  Ft-­derived  glycolipid  agonist(s)  (Aim  3).  These  proposed  studies  will  rigorously test the prevailing assumption that DCs are critical for presenting CD1d-­restricted glycolipid agonists  and  activating  NKT  cells  during  a  natural  bacterial  infection.  We  expect  to  gain  novel  mechanisms  of  host  interactions with an acute, highly virulent pathogenic bacterium, which can kill the infected host with as few as  10 infectious cells. Our studies will unveil novel insights into the interactions between innate-­like lymphocytes,  e.g., NKT cells and MAIT cells. These novel insights coupled with the knowledge of the NKT cell agonist(s) and  its/their  biosynthetic  pathway(s)  can  lead  to  new  targets  for  immunotherapies  and  vaccine  design  against  tularemia and potentially other acute pulmonary infectious diseases.