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Publicação
Characterization of Effector-Memory CD8+ T cells and their Association with Human Cognitive Function
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Orientador(es)
Resumo(s)
Human effector-memory CD8+ T cells consist of highly differentiated cells that differ in the expression of the tyrosine phosphatase isoform CD45RA, being designated as CD8+ TEM and CD8+ TEMRA cells. These highly heterogeneous and polyfunctional cells possess cytotoxic, regulatory, and suppressive features, and are capable of migrating to non-lymphoid tissues and organs, including the brain under certain conditions. Expansions of CD8+ TEM and CD8+ TEMRA cells have been described in chronic inflammatory diseases, tumors and viral infections, as well as in healthy elderly individuals, including centenarians. Over the past few decades, the role of CD8+ T cells, particularly CD8+ TEMRA cells, has been the subject of several studies in the context of aging, cognition, and neurodegeneration, where they have been generally regarded as detrimental to the central nervous system (CNS), though recent investigations have challenged this view. These highly differentiated CD8+ T cells are known to arise through TCR-dependent and TCR-independent mechanisms, such as cytokine-driven proliferation via interleukin (IL)-15. Intriguingly, chronic antigenic stimulation has been shown to drive the generation of CD8+ T cells expressing low levels of the CD8β chain, though antigen-independent mechanisms remain poorly understood. Herein, we have performed a comprehensive characterization of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) as well as of human leukocyte antigen (HLA) molecules in a cohort of elderly volunteers differing in their cognitive status. A detailed analysis of the level of expression of CD45RA in the CD8+ TEMRA compartment revealed the presence of two distinct populations: CD8+ TEMRAlow and CD8+ TEMRAhigh cells. Notably, CD8+ TEMRAhigh cells formed a well-defined and sharply delineated population that was significantly expanded in cognitively impaired volunteers, whereas cognitively unimpaired volunteers were enriched in CD8+ TEMRAlow cells. Further analysis of CD8α and CD8β expression also identified the existence of two distinct CD8+ T cells subsets based on the expression of CD8β: CD8αβlow and CD8αβhigh T cells, with the former being more prevalent among cognitively unimpaired individuals. Moreover, stimulation with PMA and Ionomycin revealed significantly increased IFN-γ production by CD4+ T cells from cognitively impaired elderly. Noteworthy, all but one of the volunteers studied were cytomegalovirus (CMV) seropositive. Finally, a higher prevalence of the HLA-B8 serotype, which belongs to the ancestral haplotype HLA-A1, Cw7, B8, DR3, DQ2, was found among the cognitively impaired elderly. Additionally, we assessed the impact of IL-15 on the cell surface expression of CD8β using CFSE-labeled purified human naïve CD8+ T cells cultured for 12 days. IL-15 induced a robust proliferation and differentiation, resulting in a cell cycle-dependent down-modulation of CD8β from the cell surface, while CD8α expression remained stable or increased slightly. This led to the generation of CD8αβlow and CD8αβ– (i.e., CD8αα) T cells. In contrast, IL-2 and IL-7 alone were unable to replicate this effect. Determination of mRNA levels for CD8α and CD8β isoforms by qPCR revealed that IL-15 promoted a significant decrease in mRNA levels of the CD8β M-4 isoform, while increasing the levels of the M-1 and M-2 isoforms alongside with CD8α. Remarkably, analysis of the level of the tyrosine kinase Lck showed a significant increase in CD8+ T cell blasts after culture of CD8+ T cells with IL-15, when compared to CD8+ T cells at the beginning of the culture. Our findings show an association with certain CD8+ T cell subsets that is compatible with a protective role in cognition and neurodegenerative diseases by identifying novel markers that define discrete subsets of highly differentiated CD8+ T cells expanded in cognitively unimpaired elderly individuals and identify IL-15 as a factor involved in the generation of these subsets. In-depth phenotypic, functional, and transcriptomic characterization of ex vivo and in vitro obtained CD8+ T cell subset is warranted to further elucidate their unique functional properties.
Os linfócitos T CD8+ efectores de memória humanos são células altamente diferenciadas que diferem na expressão da isoforma tirosina fosfatase CD45RA, sendo designados como linfócitos CD8+ TEM e CD8+ TEMRA. Estas células são altamente heterogéneas e polifuncionais, possuindo propriedades citotóxicas, reguladoras e supressoras, sendo capazes de migrar para tecidos e órgãos não-linfóides, incluindo o cérebro em determinadas circunstâncias. Expansões de linfócitos CD8+ TEM e CD8+ TEMRA foram já descritas em doenças crónicas inflamatórias, tumores e infecções virais, assim como em idosos saudáveis, nos quais podemos incluir centenários. Nas últimas décadas, o papel dos linfócitos T CD8+, nomeadamente os linfócitos CD8+ TEMRA, tem sido amplamente estudado no contexto do envelhecimento, cognição e neurodegeneração, sendo geralmente descritos como prejudiciais para o sistema nervoso central (SNC), embora investigações recentes têm vindo a questionar esta visão. Estes linfócitos T CD8+ altamente diferenciados podem surgir por mecanismos dependentes e independentes do TCR, tais como a diferenciação induzida por citocinas como a interleucina (IL)-15. Curiosamente, foi demonstrado que a exposição crónica a antigénios leva à geração de linfócitos T CD8+ que expressam níveis reduzidos da cadeia CD8β, embora mecanismos independentes de estimulação antigénica permaneçam ainda pouco compreendidos. Neste estudo, realizámos uma caracterização extensiva de células mononucleares do sangue periférico (PBMC), assim como de moléculas do antigénio leucocitário humano (HLA) numa coorte de idosos voluntários com diferentes estados cognitivos. A análise detalhada dos níveis de expressão de CD45RA neste compartimento revelou a presença de duas populações distintas: linfócitos CD8+ TEMRAlow e linfócitos CD8+ TEMRAhigh. Os linfócitos CD8+ TEMRAhigh formaram uma população bem definida e significativamente expandida nos idosos com declínio cognitivo, enquanto os voluntários sem declínio cognitivo apresentavam níveis elevados de linfócitos CD8+ TEMRAlow. A análise da expressão de CD8α e CD8β revelou também a existência de duas populações distintas de linfócitos T CD8+ com base na expressão de CD8β: linfócitos T CD8αβlow e CD8αβHigh, sendo a primeira mais prevalente em indivíduos sem declínio cognitivo. A estimulação das células com recurso a PMA e Ionomicina revelou um aumento significativo da produção de IFN-γ nos linfócitos T CD4+ de idosos com declínio cognitivo. Importa ainda referir que todos os voluntários estudados, excepto um, eram seropositivos para citomegalovírus (CMV). Por fim, verificou-se uma maior prevalência do serotipo HLA-B8, pertencente ao haplótipo ancestral HLA-A1, Cw7, B8, DR3, DQ2, entre os idosos com declínio cognitivo. Adicionalmente, avaliámos o impacto da IL-15 na expressão da cadeia CD8β à superfície celular, utilizando linfócitos T CD8+ naïve purificados que foram marcados com CFSE e cultivados com IL-15 durante 12 dias. A IL-15 induziu uma robusta proliferação e diferenciação dos linfócitos T CD8+ naïve, levando a uma diminuição da expressão de CD8β à superfície celular, enquanto a expressão da cadeia CD8α se manteve estável ou aumentou ligeiramente. Isto resultou na geração de linfócitos T CD8αβlow e CD8αβ– (ou seja, CD8αα). Por outro lado, nem a IL-2 nem a IL-7 foram capazes de reproduzir este efeito. A determinação dos níveis de ARNm das isoformas de CD8β e de CD8α por qPCR revelou que a IL-15 promoveu uma redução significativa dos níveis de ARNm da isoforma M-4, aumentando os níveis das isoformas M-1 e M-2, juntamente com os níveis de CD8α. Importa ainda assinalar, que a análise dos níveis totais de tirosina quinase Lck demonstrou um aumento significativo nos linfócitos T CD8+ após cultura com IL-15, quando comparadas com os linfócitos T CD8+ ao início da cultura. Os nossos resultados sugerem que os linfócitos T CD8+ podem desempenhar um papel protector em termos de cognição e neurodegeneração, ao identificar novos marcadores que definem subpopulações discretas de linfócitos T CD8+ altamente diferenciadas que se encontram expandidas em idosos sem declínio cognitivo, assim como ao identificar a IL-15 como um factor envolvido na geração destas subpopulações. Estudos adicionais, nomeadamente fenotípicos, funcionais e transcriptómicos de linfócitos T CD8+ obtidos ex vivo e in vitro, são necessários para elucidar as suas propriedades funcionais únicas.
Os linfócitos T CD8+ efectores de memória humanos são células altamente diferenciadas que diferem na expressão da isoforma tirosina fosfatase CD45RA, sendo designados como linfócitos CD8+ TEM e CD8+ TEMRA. Estas células são altamente heterogéneas e polifuncionais, possuindo propriedades citotóxicas, reguladoras e supressoras, sendo capazes de migrar para tecidos e órgãos não-linfóides, incluindo o cérebro em determinadas circunstâncias. Expansões de linfócitos CD8+ TEM e CD8+ TEMRA foram já descritas em doenças crónicas inflamatórias, tumores e infecções virais, assim como em idosos saudáveis, nos quais podemos incluir centenários. Nas últimas décadas, o papel dos linfócitos T CD8+, nomeadamente os linfócitos CD8+ TEMRA, tem sido amplamente estudado no contexto do envelhecimento, cognição e neurodegeneração, sendo geralmente descritos como prejudiciais para o sistema nervoso central (SNC), embora investigações recentes têm vindo a questionar esta visão. Estes linfócitos T CD8+ altamente diferenciados podem surgir por mecanismos dependentes e independentes do TCR, tais como a diferenciação induzida por citocinas como a interleucina (IL)-15. Curiosamente, foi demonstrado que a exposição crónica a antigénios leva à geração de linfócitos T CD8+ que expressam níveis reduzidos da cadeia CD8β, embora mecanismos independentes de estimulação antigénica permaneçam ainda pouco compreendidos. Neste estudo, realizámos uma caracterização extensiva de células mononucleares do sangue periférico (PBMC), assim como de moléculas do antigénio leucocitário humano (HLA) numa coorte de idosos voluntários com diferentes estados cognitivos. A análise detalhada dos níveis de expressão de CD45RA neste compartimento revelou a presença de duas populações distintas: linfócitos CD8+ TEMRAlow e linfócitos CD8+ TEMRAhigh. Os linfócitos CD8+ TEMRAhigh formaram uma população bem definida e significativamente expandida nos idosos com declínio cognitivo, enquanto os voluntários sem declínio cognitivo apresentavam níveis elevados de linfócitos CD8+ TEMRAlow. A análise da expressão de CD8α e CD8β revelou também a existência de duas populações distintas de linfócitos T CD8+ com base na expressão de CD8β: linfócitos T CD8αβlow e CD8αβHigh, sendo a primeira mais prevalente em indivíduos sem declínio cognitivo. A estimulação das células com recurso a PMA e Ionomicina revelou um aumento significativo da produção de IFN-γ nos linfócitos T CD4+ de idosos com declínio cognitivo. Importa ainda referir que todos os voluntários estudados, excepto um, eram seropositivos para citomegalovírus (CMV). Por fim, verificou-se uma maior prevalência do serotipo HLA-B8, pertencente ao haplótipo ancestral HLA-A1, Cw7, B8, DR3, DQ2, entre os idosos com declínio cognitivo. Adicionalmente, avaliámos o impacto da IL-15 na expressão da cadeia CD8β à superfície celular, utilizando linfócitos T CD8+ naïve purificados que foram marcados com CFSE e cultivados com IL-15 durante 12 dias. A IL-15 induziu uma robusta proliferação e diferenciação dos linfócitos T CD8+ naïve, levando a uma diminuição da expressão de CD8β à superfície celular, enquanto a expressão da cadeia CD8α se manteve estável ou aumentou ligeiramente. Isto resultou na geração de linfócitos T CD8αβlow e CD8αβ– (ou seja, CD8αα). Por outro lado, nem a IL-2 nem a IL-7 foram capazes de reproduzir este efeito. A determinação dos níveis de ARNm das isoformas de CD8β e de CD8α por qPCR revelou que a IL-15 promoveu uma redução significativa dos níveis de ARNm da isoforma M-4, aumentando os níveis das isoformas M-1 e M-2, juntamente com os níveis de CD8α. Importa ainda assinalar, que a análise dos níveis totais de tirosina quinase Lck demonstrou um aumento significativo nos linfócitos T CD8+ após cultura com IL-15, quando comparadas com os linfócitos T CD8+ ao início da cultura. Os nossos resultados sugerem que os linfócitos T CD8+ podem desempenhar um papel protector em termos de cognição e neurodegeneração, ao identificar novos marcadores que definem subpopulações discretas de linfócitos T CD8+ altamente diferenciadas que se encontram expandidas em idosos sem declínio cognitivo, assim como ao identificar a IL-15 como um factor envolvido na geração destas subpopulações. Estudos adicionais, nomeadamente fenotípicos, funcionais e transcriptómicos de linfócitos T CD8+ obtidos ex vivo e in vitro, são necessários para elucidar as suas propriedades funcionais únicas.
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Palavras-chave
Linfócitos T CD8+ Efetores de Memória CD45RA CD8β IFN-γ Idosos Cognição IL-15 CD8+ T cells Effector-Memory Elderly Cognition