Platelet-derived transcription factors as modulators of NFκB-dependent inflammatory responses in human monocytes

Abstract

Platelets have immunomodulatory roles beyond their classical function in hemostasis, for example regulating monocyte-driven inflammation. Classical CD14⁺ monocytes dominate in human blood and mediate immune responses by producing pro-inflammatory cytokines such as IL-1β and TNFα. Tight regulation of these responses is crucial, as excessive activation leads to cytokine storms, whereas impaired activation causes immunoparalysis, commonly observed in sepsis or viral infections. <br/> Previous research from my group demonstrated that platelets are required for optimal monocyte cytokine responses independently of classical co-stimulation. Platelet depletion reduces pro-inflammatory cytokine secretion and gene expression in activated monocytes, mirroring conditions like ITP. Supplementation with platelets restores inflammatory functions of monocytes, highlighting platelet-derived factors as critical regulators. <br/> This thesis identifies a previously unrecognized mechanism in which platelets enhance monocyte cytokine production through extracellular vesicle (EV)-mediated transfer of NFκB pathway components. Particularly, SILAC-based proteomic analyses demonstrated that platelets transfer essential NFκB pathway components, such as the transcription factor NFκB2. This vesicle-mediated delivery occurs constitutively and independent of platelet activation or external stimulation. Using CRISPR-Cas9-generated NFκB-deficient THP-1 monocytes and pharmacological inhibitors, I confirmed that platelet-derived factors are essential for robust monocyte cytokine responses. Furthermore, I was able to show that platelet-derived EVs contain active NFκB components both <em>ex vivo</em> and in human serum and plasma, highlighting their physiological relevance. Comparative interspecies analyses indicate evolutionary conservation of platelet-monocyte interactions and EV-mediated transcription factor transfer between humans and mice. <br/> Overall, this work defines a novel axis of immune regulation driven by platelet-derived EVs delivering bioactive transcriptional regulators. These insights enhance our understanding of platelets as key inflammatory regulators and suggest new therapeutic strategies for inflammatory and immunodeficiency disorders.

<strong>Thrombozyten-abgeleitete Transkriptionsfaktoren als Modulatoren NFκB-abhängiger inflammatorischer Antworten in humanen Monozyten</strong><br/> Thrombozyten besitzen immunmodulatorische Funktionen, die über ihre klassische Rolle in der Hämostase hinausgehen, beispielsweise indem sie die von Monozyten getriebene Entzündung regulieren. Klassische CD14⁺-Monozyten dominieren im menschlichen Blut und vermitteln Immunantworten durch die Produktion proinflammatorischer Zytokine wie IL-1β und TNFα. Die präzise Regulierung dieser Antworten ist essenziell, da eine überschießende Aktivierung zu Zytokinstürmen führt, während eine unzureichende Aktivierung eine Immunparalyse hervorrufen kann, wie sie häufig bei Sepsis oder Virusinfektionen beobachtet wird. <br/> Frühere Arbeiten aus meiner Arbeitsgruppe zeigten, dass Thrombozyten für optimale Monozyten-Zytokinantworten erforderlich sind – unabhängig von klassischen Kostimulationssignalen. Eine Depletion von Thrombozyten reduziert die Sekretion proinflammatorischer Zytokine und die Genexpression in aktivierten Monozyten und spiegelt damit Zustände wie ITP wider. Die Zugabe von Thrombozyten stellt die inflammatorische Funktion der Monozyten wieder her, was Thrombozyten-abgeleitete Faktoren als entscheidende Regulatoren hervorhebt. <br/> Diese Arbeit identifiziert einen bisher unentdeckten Mechanismus, durch den Thrombozyten die Zytokinproduktion von Monozyten durch einen extrazellulären Vesikel (EV)-vermittelten Transfer von NFκB-Signalwegkomponenten verstärken. Insbesondere zeigten SILAC-basierte Proteomik-Analysen, dass Thrombozyten essenzielle Bestandteile des NFκB-Signalwegs, wie den Transkriptionsfaktor NFκB2, in Monozyten übertragen. Diese vesikelvermittelte Übertragung erfolgt konstitutiv und unabhängig von Thrombozytenaktivierung oder externer Stimulation. Mithilfe von CRISPR-Cas9-generierten NFκB-defizienten THP-1-Monozyten sowie pharmakologischen Inhibitoren konnte ich bestätigen, dass Thrombozyten-abgeleitete Faktoren für eine robuste monozytäre Zytokinantwort unerlässlich sind. Zudem konnte ich zeigen, dass thrombozytäre EVs aktive NFκB-Komponenten sowohl <em>ex vivo</em> als auch in humanem Serum und Plasma enthalten, was ihre physiologische Relevanz unterstreicht. Vergleichende Interspezies-Analysen weisen zudem auf eine evolutionäre Konservierung der Thrombozyten-Monozyten-Interaktion und des EV-vermittelten Transfers von Transkriptionsfaktoren zwischen Mensch und Maus hin. <br/> Zusammenfassend beschreibt diese Arbeit eine neuartige Achse der Immunregulation, die durch thrombozytäre EVs vermittelt wird, welche bioaktive transkriptionelle Regulatoren übertragen. Diese Erkenntnisse erweitern unser Verständnis von Thrombozyten als zentrale Regulatoren inflammatorischer Prozesse und eröffnen neue therapeutische Perspektiven für entzündliche Erkrankungen und immunologische Funktionsstörungen.