Institut für Virologie und Immunbiologie
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Accumulating evidences have assigned a central role to parasite-derived proteins in immunomodulation. Here, we report on the proteomic identification and characterization of immunomodulatory excretory-secretory (ES) products from the metacestode larva (tetrathyridium) of the tapeworm Mesocestoides corti (syn. M. vogae). We demonstrate that ES products but not larval homogenates inhibit the stimuli-driven release of the pro-inflammatory, Th1-inducing cytokine IL-12p70 by murine bone marrow-derived dendritic cells (BMDCs). Within the ES fraction, we biochemically narrowed down the immunosuppressive activity to glycoproteins since active components were lipid-free, but sensitive to heat- and carbohydrate-treatment. Finally, using bioassay-guided chromatographic analyses assisted by comparative proteomics of active and inactive fractions of the ES products, we defined a comprehensive list of candidate proteins released by M. corti tetrathyridia as potential suppressors of DC functions. Our study provides a comprehensive library of somatic and ES products and highlight some candidate parasite factors that might drive the subversion of DC functions to facilitate the persistence of M. corti tetrathyridia in their hosts.
In invertebrates, small interfering RNAs are at the vanguard of cell-autonomous antiviral immunity. In contrast, antiviral mechanisms initiated by interferon (IFN) signaling predominate in mammals. Whilst mammalian IFN-induced miRNA are known to inhibit specific viruses, it is not known whether host-directed microRNAs, downstream of IFN-signaling, have a role in mediating broad antiviral resistance. By performing an integrative, systematic, global analysis of RNA turnover utilizing 4-thiouridine labeling of newly transcribed RNA and pri/pre-miRNA in IFN-activated macrophages, we identify a new post-transcriptional viral defense mechanism mediated by miR-342-5p. On the basis of ChIP and site-directed promoter mutagenesis experiments, we find the synthesis of miR-342-5p is coupled to the antiviral IFN response via the IFN-induced transcription factor, IRF1. Strikingly, we find miR-342-5p targets mevalonate-sterol biosynthesis using a multihit mechanism suppressing the pathway at different functional levels: transcriptionally via SREBF2, post-transcriptionally via miR-33, and enzymatically via IDI1 and SC4MOL. Mass spectrometry-based lipidomics and enzymatic assays demonstrate the targeting mechanisms reduce intermediate sterol pathway metabolites and total cholesterol in macrophages. These results reveal a previously unrecognized mechanism by which IFN regulates the sterol pathway. The sterol pathway is known to be an integral part of the macrophage IFN antiviral response, and we show that miR-342-5p exerts broad antiviral effects against multiple, unrelated pathogenic viruses such Cytomegalovirus and Influenza A (H1N1). Metabolic rescue experiments confirm the specificity of these effects and demonstrate that unrelated viruses have differential mevalonate and sterol pathway requirements for their replication. This study, therefore, advances the general concept of broad antiviral defense through multihit targeting of a single host pathway.
We analyzed a multi-drug resistant (MR) HIV-1 reverse transcriptase (RT), subcloned from a patient-derived subtype CRF02_AG, harboring 45 amino acid exchanges, amongst them four thymidine analog mutations (TAMs) relevant for high-level AZT (azidothymidine) resistance by AZTMP excision (M41L, D67N, T215Y, K219E) as well as four substitutions of the AZTTP discrimination pathway (A62V, V75I, F116Y and Q151M). In addition, K65R, known to antagonize AZTMP excision in HIV-1 subtype B was present. Although MR-RT harbored the most significant amino acid exchanges T215Y and Q151M of each pathway, it exclusively used AZTTP discrimination, indicating that the two mechanisms are mutually exclusive and that the Q151M pathway is obviously preferred since it confers resistance to most nucleoside inhibitors. A derivative was created, additionally harboring the TAM K70R and the reversions M151Q as well as R65K since K65R antagonizes excision. MR-R65K-K70R-M151Q was competent of AZTMP excision, whereas other combinations thereof with only one or two exchanges still promoted discrimination. To tackle the multi-drug resistance problem, we tested if the MR-RTs could still be inhibited by RNase H inhibitors. All MR-RTs exhibited similar sensitivity toward RNase H inhibitors belonging to different inhibitor classes, indicating the importance of developing RNase H inhibitors further as anti-HIV drugs.
PTPN22 ist eine Proteinthyrosinphosphatase, die in hämatopoetischen Zellen exprimiert wird und einen negativen regulatorischen Effekt auf die Aktivierung und Differenzierung von Immunzellen ausübt.
In genomweiten Assoziationsstudien konnte ein Einzelnukleotidmolymorphismus (SNP) von PTPN22 ermittelt werden (PTPN22 R620W), der mit verschiedenen Autoimmunerkrankungen assoziiert ist, u.a. Typ-1-Diabetes (T1D). Die exakte Wirkweise des SNP ist jedoch nicht bekannt.
In Versuchen mit NOD-Mäusen konnte durch einen Knockdown (KD) von PTPN22 ein klinischer Schutz dieser Tiere vor T1D nachgewiesen werden.
Die vorliegende Arbeit wurde zur weiteren Untersuchung möglicher zellulärer Ursachen für diesen klinischen Schutz durchgeführt.
In Zellkulturen konnte kein Einfluss von PTPN22 auf die Differenzierungseigenschaften von T-Zellen sowie ein nur geringer Einfluss auf die suppressiven Eigenschaften von regulatorischen T-Zellen in suppression assays nachgewiesen werden.
In Zellverteilungsversuchen konnte gezeigt werden, dass in Mäusen mit PTPN22-Knockdown eine signifikant verminderte Anzahl an CD8+ und CD4+-Zellen im Pankreas zum Zeitpunkt der Pankreatitis vorlagen, wodurch ein klinischer Schutz erklärt werden könnte.
Der Effekt auf das Pankreasinfiltrat könnte auf veränderte Priming-Verhältnisse in pankreatischen Lymphknoten zurückzuführen sein, wobei vermehrte Treg-Zellen eine Auswirkung v.a. auf die Differenzierung von naiven T-Zellen und das Migrationsverhalten von T-Effektor-Zellen haben könnten.
IRAK2 besitzt eine Schlüsselrolle im Signalweg des TLR4. Fehlregulationen dieses Signalwegs führen zu fehlgeleiteten Immunreaktionen, die auch die Entstehung und Progression von Krebserkrankungen fördern. Bevor IRAK2 als therapeutisches Ziel in Frage kommen kann, muss erst noch weitere Klarheit über die grundsätzliche Funktionsweise dieses Proteins bestehen. So ist für IRAK2 aufgrund der Substitution einer Aminosäure in der Kinase-Domäne im Vergleich zu IRAK1 noch nicht abschließend geklärt, ob es sich um eine aktive Kinase oder eine Pseudokinase handelt und ob diese Veränderung eine Erhöhung oder eine Erniedrigung der Funktion im TLR4-Signalweg nach sich zieht.
Um diese Fragen anzugehen, wurde in dieser Arbeit Asparagin im vermeintlich aktiven Zentrum (Aminosäure 333) wieder zur Asparaginsäure [N333D] revertiert und damit versucht die Phosphorylierungsaktivität zu steigern bzw. vergleichbar zu IRAK1 wiederherzustellen. Das Einbringen der Mutation in IRAK2 erfolgte mittels ortsspezifischer Mutagenese. Mit dieser und anderen Mutanten und mit wildtypischem IRAK2 wurden durch die CRISPR/Cas9-Methode generierte IRAK2-defiziente 264.7 Makrophagen rekonstituiert und damit ein System etabliert, mit dem der Einfluss der Mutation auf den Signalweg des TLR4 nach Stimulation mit LPS quantitativ analysiert werden konnte. Sowohl die indirekte NF-κB-Messung über CD40-Expression als auch die direkte NF-κB-Messung über die NF-κB-getriebene Expression eines Reportergens (cyan fluorescent protein) ergab, dass IRAK2[N333D] die LPS-abhängige NF-κB-Aktivierung über den TLR4 Signalweg schlechter ermöglicht als IRAK2.
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die in der Entwicklungsgeschichte aufgetretene Veränderung des aktiven Zentrums von IRAK2 im Vergleich zu IRAK1 zu einer besseren Aktivierung der MyD88-abhängigen NF-κB-Aktivität führte und somit eine erhöhte und länger anhaltende Signalleitung ermöglichte. Diese Erkenntnis kann als weiterer Schritt hin zu einem besseren Verständnis der Funktion des IRAK2-Proteins und zu einer möglichen zukünftigen Verwendung von IRAK2 als Ziel therapeutischer Behandlungen gesehen werden.
Measles is an extremely contagious vaccine-preventable disease responsible
for more than 90000 deaths worldwide annually. The number of deaths has
declined from 8 million in the pre-vaccination era to few thousands every year due
to the highly efficacious vaccine. However, this effective vaccine is still unreachable
in many developing countries due to lack of infrastructure, while in developed
countries too many people refuse vaccination. Specific antiviral compounds are not
yet available. In the current situation, only an extensive vaccination approach
along with effective antivirals could help to have a measles-free future. To develop
an effective antiviral, detailed knowledge of viral-host interaction is required.
This study was undertaken to understand the interaction between MV and
the innate host restriction factor APOBEC3G (A3G), which is well-known for its
activity against human immunodeficiency virus (HIV). Restriction of MV
replication was not attributed to the cytidine deaminase function of A3G, instead,
we identified a novel role of A3G in regulating cellular gene functions. Among two
of the A3G regulated host factors, we found that REDD1 reduced MV replication,
whereas, KDELR2 hampered MV haemagglutinin (H) surface transport thereby
affecting viral release. REDD1, a negative regulator of mTORC1 signalling
impaired MV replication by inhibiting mTORC1. A3G regulated REDD1
expression was demonstrated to inversely correlate with MV replication. siRNA
mediated silencing of A3G in primary human blood lymphocytes (PBL) reduced
REDD1 levels and simultaneously increased MV titres. Also, direct depletion of
REDD1 improved MV replication in PBL, indicating its role in A3G mediated
restriction of MV. Based on these finding, a new role of rapamycin, a
pharmacological inhibitor of mTORC1, was uncovered in successfully diminishing
MV replication in Vero as well as in human PBL. The ER and Golgi resident
receptor KDELR2 indirectly affected MV by competing with MV-H for cellular
chaperones. Due to the sequestering of chaperones by KDELR2, they can no longer
assist in MV-H folding and subsequent surface expression. Taken together, the two
A3G-regulated host factors REDD1 and KDELR2 are mainly responsible for
mediating its antiviral activity against MV.
Compared to naive T cells, differentiated T cells are thought to be less dependent on CD28 costimulation for full activation. To revisit the role of CD28 costimulation in mouse T cell recall responses, we adoptively transferred in vitro generated OT-II T helper (Th) 1 cells into C57BL/6 mice (Thy1.2\(^{+}\)) and then either blocked CD28–ligand interactions with Fab fragments of the anti-CD28 monoclonal antibody (mAb) E18 or deleted CD28 expression using inducible CD28 knock-out OT-II mice as T cell donors. After injection of ovalbumin protein in adjuvant into the recipient mice we observed that systemic interferon (IFN)γ release strongly depended on CD28 costimulation of the Th1 cells, while secondary clonal expansion was not reduced in the absence of CD28 costimulation. For human memory CD4\(^{+}\) T cell responses we also noted that cytokine release was reduced upon inhibition of CD28 costimulation. Together, our data highlight the so far underestimated role of CD28 costimulation for the reactivation of fully differentiated CD4\(^{+}\) T cells.
By promoting ceramide release at the cytosolic membrane leaflet, the neutral sphingomyelinase 2 (NSM) is capable of organizing receptor and signalosome segregation. Its role in T cell receptor (TCR) signaling remained so far unknown. We now show that TCR-driven NSM activation is dispensable for TCR clustering and initial phosphorylation, but of crucial importance for further signal amplification. In particular, at low doses of TCR stimulatory antibodies, NSM is required for Ca\(^{2+}\) mobilization and T cell proliferation. NSM-deficient T cells lack sustained CD3ζ and ZAP-70 phosphorylation and are unable to polarize and stabilize their microtubular system. We identified PKCζ as the key NSM downstream effector in this second wave of TCR signaling supporting dynamics of microtubule-organizing center (MTOC). Ceramide supplementation rescued PKCζ membrane recruitment and MTOC translocation in NSM-deficient cells. These findings identify the NSM as essential in TCR signaling when dynamic cytoskeletal reorganization promotes continued lateral and vertical supply of TCR signaling components: CD3ζ, Zap70, and PKCζ, and functional immune synapses are organized and stabilized via MTOC polarization.
Lytic herpes simplex virus 1 (HSV-1) infection triggers disruption of transcription termination (DoTT) of most cellular genes, resulting in extensive intergenic transcription. Similarly, cellular stress responses lead to gene-specific transcription downstream of genes (DoG). In this study, we performed a detailed comparison of DoTT/DoG transcription between HSV-1 infection, salt and heat stress in primary human fibroblasts using 4sU-seq and ATAC-seq. Although DoTT at late times of HSV-1 infection was substantially more prominent than DoG transcription in salt and heat stress, poly(A) read-through due to DoTT/DoG transcription and affected genes were significantly correlated between all three conditions, in particular at earlier times of infection. We speculate that HSV-1 either directly usurps a cellular stress response or disrupts the transcription termination machinery in other ways but with similar consequences. In contrast to previous reports, we found that inhibition of Ca\(^{2+}\) signaling by BAPTA-AM did not specifically inhibit DoG transcription but globally impaired transcription. Most importantly, HSV-1-induced DoTT, but not stress-induced DoG transcription, was accompanied by a strong increase in open chromatin downstream of the affected poly(A) sites. In its extent and kinetics, downstream open chromatin essentially matched the poly(A) read-through transcription. We show that this does not cause but rather requires DoTT as well as high levels of transcription into the genomic regions downstream of genes. This raises intriguing new questions regarding the role of histone repositioning in the wake of RNA Polymerase II passage downstream of impaired poly(A) site recognition.
Die Infektion mit dem Masernvirus (MV) stellt weltweit immer noch ein großes Problem dar. Trotz des vorhandenen Lebendimpfstoffs, der eine Erkrankung sicher zu verhindern vermag, haben nicht nur die Entwicklungsländer, in denen ein flächendeckender Impfschutz schwieriger zu erreichen ist, mit der Erkrankung und ihren Komplikationen zu kämpfen. Hat sich die Erkrankung klinisch manifestiert gibt es keine kausalen Therapiemöglichkeiten und es kann nur noch symptomatisch behandelt werden. Dies ist v.a. auch in Hinblick auf die schweren Komplikationen der Maserninfektion von Bedeutung. Bei Erstkontakt mit dem Masernvirus ist die Suszeptibilität nicht geimpfter Menschen sehr hoch. Das bedeutet, dass es in 95-98 % der Fälle nach einer Infektion mit dem Masernvirus auch zum klinischen Bild der Masern kommt, unabhängig von Alter und Geschlecht. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, potentielle Hemmstoffe der Maserninfektion auf ihre Wirkung zu testen und zu verstehen, wo im Infektions- und Replikationszyklus des MV sie eingreifen. Es wurden eine Reihe Substanzen mit potentiell-inhibitorischen Eigenschaften in Infektions-Hemmtests und im Zytotoxizitätstest untersucht, von denen im Anschluss die drei besten Inhibitoren (JK80, QD6-8 und Droseron) weiter untersucht wurden. JK80 und QD6-8 waren beide mit IC50-Werten um 30 µM und SI-Werten von über 2 nur mäßig spezifisch antiviral wirksam. Während JK80 vermutlich den Eintritt des MV in die Zellen verhindert, hemmt QD6-8 die intrazelluläre Virusreplikation und wäre im Hinblick auf die Entwicklung neuartiger, spezifischer Medikamente gegen die Maserninfektion von grossem Interesse. Eine Zielmolekülanalyse der Substanz und die Testung anderer Derivate könnten Aufschluss darüber geben, wie Substanzen aussehen müssten, die eine spezifische Hemmung der intrazellulären Replikation bewirken können. Der Naturstoff Droseron könnte mit einer spezifischen Hemmung (IC50 ca. 10 µM; SIWert 6 im Fluoreszenzreader, bzw. IC50 ca. 2 µM; SI-Wert 30 in der Titration) eine mögliche Leitsubstanz für einen neuen MV-Inhibitor darstellen. Allerdings waren alle bisher getesteten Droseron-Derivate entweder weniger inhibitorisch wirksam oder deutlich zytotoxischer als Droseron selbst. Die Ergebnisse der Infektionshemmversuche mit Zugabe von Droseron vor, während oder nach der Infektion mit MV sprechen dafür, dass Droseron den Eintritt des Virus in die Zelle stört.
