Relevantie van lymfendotheelcel-geassocieerde autofagie in melanoma disseminatie

Lymfevaten zijn een cruciaal onderdeel van het circulatiesysteem dat homeostase in stand houdt door het vergemakkelijken van weefselvloeistof- en voedingsvetabsorptie en daarnaast ondersteuning biedt bij ontstekings- en immuunreacties. Verstoringen in hun functie, hetzij door overmatige groei of reductie in aantal lymfevaten, zijn in verband gebracht met verschillende ziekten, waaronder ontsteking, kankeruitzaaiingen en lymfoedeem. Het ontrafelen van de mechanismen die de functie van lymfevaten en het proces van lymfangiogenese, de vorming van nieuwe lymfevaten, reguleren, is daarom van groot belang.
Eerdere studies hebben de essentiële rol van autofagie, een lysosomale route verantwoordelijk voor de afbraak van macromoleculen en organellen, in de biologie van endotheelcellen benadrukt, met name gericht op bloedvaten. De mogelijke invloed van autofagie op lymfatische endotheelcellen (LECs) bleef echter onduidelijk.
Ons onderzoek heeft aangetoond dat in een model van letsel-geïnduceerde cornea-lymfangiogenese, LECs, deficiënt voor autofagie, hun reactievermogen op lymfangiogene stimuli verliezen, zowel in vitro als in vivo. We ontdekten dat verlies van Atg5 in LECs een verstoring veroorzaakte in de PROX1-VEGFR3-as die de LEC-identiteit in stand houdt. We hebben aangetoond dat het onderliggende mechanisme berust op een verminderde afbraak van lipidedruppels (LDs) door lipofagie in Atg5-gedepleteerde LECs, wat de mitochondriale vetzuuroxidatie (FAO) en de verlaagde niveaus van acetyl-CoA compromitteert, die nodig zijn voor de ondersteuning van epigenetische regulatie van PROX1-doelgenen, waaronder VEGFR3 en CPT1A. Belangrijk is dat het herstellen van het vermogen van mitochondriën om FAO te gebruiken, via de toediening van acetaat, de cornea-lymfangiogenese heeft hersteld onder LEC-Atg5-deficiënte omstandigheden, wat verdere ondersteuning biedt voor het door ons vooropgestelde mechanisme.
Lymfeknopen (LNs) zijn gespecialiseerde structuren die dienen als immuuncentra waar lymfocyten antigenen tegenkomen en differentiëren tot effectorcellen, wat uiteindelijk leidt tot de ontwikkeling van effectieve adaptieve immuunreacties. Deze complexe processen zijn afhankelijk van het efficiënte transport van antigenen en immuuncellen van en naar de LNs. Na het vaststellen van een rol voor autofagie in LEC-homeostase, vroegen we ons af of het ook lokaal immuunreacties zou kunnen reguleren, meer specifiek de anti-kanker immuunreacties die worden opgewekt door immuuncheckpoint blokkers (ICB).
We laten zien dat lymfocytenexport uit (Td)LNs verstoord is in muizen met een specifieke deficiëntie van autofagie in LECs, zowel in een stabiele toestand als bij tumoraandoeningen. Genetische verwijdering van Atg5 in LECs leidde tot een verhoogde secretie van S1P door LN LECs, wat de intranodale gradiënt van sphingosine-1-fosfaat (S1P) verstoorde. Deze gradiënt fungeert als het belangrijkste uitgangssignaal voor lymfocyten in secundaire lymfoïde organen (SLOs). Ruimtelijke analyse, via multiplex-immunohistochemische kleuring van de TdLN, toonde een defect in de lokalisatie van lymfocyten aan en single-cell RNA-sequencing van TdLNs van WT en ATG5LEC-KO muizen onthulde dat verlies van Atg5 een hermodellering veroorzaakte van niche-specifieke LEC-fenotypen, met name de zogenaamde ceiling-LECs van de subcapsulaire sinus, door veranderingen in de expressie van genen die betrokken zijn bij proliferatie, sfingolipidenmetabolisme, lymfocytenverkeer en LEC-T-cel interacties. Het vasthouden van lymfocyten in TdLNs deed de effecten van ICB teniet omdat geactiveerde lymfocyten er niet in slaagden het tumorparenchym te bereiken.
Tot besluit leveren deze studies bewijs voor een contextafhankelijke, cruciale rol van autofagie bij ontstekingsgeïnduceerde LEC-responsen, lymfeknoopimmuunfuncties en systemisch lymfocytenverkeer, met relevante implicaties voor lymfangiogenese en anti-kanker immuunreacties na immunotherapie.