Der Einfluss einer HIV-Infektion und der Stimulation von Typ I Interferon auf die Expression des Interferon-Rezeptors

Die Sekretion von Typ I IFN stellt die unmittelbare Antwort des angeborenen Immunsystems auf eine virale Infektion dar. Durch Bindung an den ubiquitär exprimierten Rezeptor IFNΑR1/2 üben Typ I IFN dabei autokrin und parakrin antivirale, immunmodulatorische und antiproliferative Effekte aus. Zu den Typ I IFN zählt u.a. IFNα, von dem im humanen Organismus 12 unterschiedliche Subtypen vorliegen. Obwohl diese eine Sequenzhomologie von 75-90 % aufweisen und mit IFNΑR1/2 alle denselben Rezeptor binden, führen sie dennoch zu unterschiedlichen biologischen Antworten und unterscheiden sich beispielsweise stark hinsichtlich ihrer antiviralen Wirkung auf HIV. Ein Faktor, der Einfluss auf die unterschiedlichen biologischen Antworten haben könnte, ist die Expression der Rezeptoruntereinheit IFNΑR2 auf verschiedenen Immunzellen und mögliche Veränderungen der Expression durch eine HIV-Infektion. Da das GALT bei der Transmission von HIV über die anale und vaginale Mukosa von entscheidender Bedeutung für die Etablierung einer Immunantwort ist, wurde in der vorliegenden Arbeit die IFNΑR2-Expression auf LPMCs untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Expression der FNAR2-Untereinheit auf B-Zellen, NK-Zellen, CD4+ und CD8+ T-Zellen signifikant voneinander unterscheidet und auf B-Zellen am stärksten ausgeprägt ist. Durch die Infektion der LPMCs mit HIV ergaben sich hingegen keine Veränderungen in der IFNΑR2-Expression, weder für die membranständigen Isoformen IFNΑR2b und IFNΑR2c, noch für die lösliche Isoform IFNΑR2a. Auch in Plasmaproben von HIV+-Patienten ließen sich im Vergleich zu gesunden Probanden keine Unterschiede in der IFNΑR2a-Expression erkennen. Allerdings konnte durch die Behandlung der HIV-infizierten LPMCs mit dem Integrase Inhibitor ERV eine signifikante Verringerung der IFNΑR2-Oberflächenexpression auf B-Zellen beobachtet werden.

Der bisher einzige klinische zugelassene Subtyp IFNα2 zeigt in klinischen Studien zur Therapie von HIV-Infektionen keinen oder nur einen sehr moderaten Nutzen für den Patienten, zudem konnten zahlreiche experimentelle Studien in den letzten Jahren belegen, dass Subtypen wie IFNα6, α8 und besonders α14 einen wesentlich stärkeren antiviralen Effekt gegen HIV aufweisen, als IFNα2. Um den Einfluss der verschiedenen IFNα-Subtypen auf die IFNΑR2-Expression zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit LPMCs für verschiedene Zeitpunkte mit unterschiedlichen Konzentrationen IFNα1, α2, α8 und α14 stimuliert. Auch hier konnte kein Einfluss der IFNα-Stimulation auf die Expression von IFNΑR2 und somit keine Unterschiede zwischen den verschiedenen Subtypen festgestellt werden.

Die Signaltransduktion  der IFNα-Stimulation kann über verschiedene Signaltransduktionswege erfolgen. Die Stimulation von PMA-differenzierten THP1-Zellen mit allen 12 IFNα-Subtypen zeigt Unterschiede in der Phosphorylierung von Signalmolekülen des klassischen- und alternativen JAK-STAT-Signalweges sowie des p38-MAPK-Signalweges. Die Untersuchung der Kinaseaktivitäten in mit IFNα1, α6 und α8-stimulierten Zellen zeigt eine deutliche Steigerung der Kinaseaktivität nach Stimulation mit IFNα6 und α8 im Vergleich zur nicht stimulierten Probe. Im Gegensatz dazu führte die Stimulation mit dem sehr schwach antiviralen Subtyp IFNα1 im Vergleich zur nicht stimulierten Probe zu einer deutlichen Reduktion der Kinaseaktivitäten. Die Stimulation von IFNα8 resultierte tendenziell in einer gesteigerten einer Aktivierung des mTOR-Signalweges. Während die Inhibition des klassischen JAK-STAT-Signalweges in IFNα6 und IFNα8 stimulierten Zellen zu verringerter Transkription von ISGs führte, ist diese durch die Inhibition von mTOR nur in IFNα8-stimulierten Zellen verringert.

 

Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass weder eine HIV-Infektion noch die Stimulation mit verschiedenen IFNα-Subtypen einen Einfluss auf die IFNΑR2-Expression in LPMCs ausüben. Die Unterschiede in der biologischen Antwort auf die verschiedenen IFNα-Subtypen lassen sich daher nicht auf Unterschiede in der Expression von IFNΑR2 zurückführen. Erste Experimente konnten hingegen veranschaulichen, dass die Stimulation mit verschiedenen IFNα-Subtypen zur Aktivierung verschiedener Signalwege führt, die letztendlich in der Expression verschiedener ISGs resultieren und so die biologische Antwort auf die Bindung eines spezifischen IFNα-Subtyps gestalten können.

The secretion of type I IFN is the immediate early host response against invading viruses. Type I IFN exert antiviral, immunomodulatory and antiproliferative effects through binding the ubiquitously expressed receptor IFNΑR1/2. IFNα is a part of the type I IFN family and, in humans, consists of 12 different subtypes that share a sequence homology between 75 -90 %. Even though all subtypes bind the same receptor, they differ in the biological responses they invoke including the antiviral effects against HIV. One factor that possibly influences the different biological responses is the expression of the receptor subunit IFNΑR2. Since the GALT is of high importance for mounting an immune response following HIV transmission via the anal or vaginal mucosa, the present study focuses on IFNΑR2 expression on LPMCs. IFNΑR2 expression differs significantly between B cells, NK cells, CD4+ and CD8+ T cells, with its highest expression occurring on B cells. Infection of LPMCs by HIV did not lead to any changes in IFNΑR2 expression, nor did it affect the expression levels of either the membrane-bound isoforms IFNΑR2b/c or the soluble isoform IFNΑR2a. Accordingly, no differences were found in the IFNΑR2a plasma concentration between HIV+ patients and healthy donors, however, treatment of HIV-infected LPMCs with the integrase inhibitor ERV resulted in a significant decrease of IFNΑR2+ B cells.

The only clinically approved IFNα2 subtype shows marginal or no benefits for HIV+ patients in clinical studies. Over the last years, several experimental studies have proved that subtypes such as IFNα6, IFNα8 and especially IFNα14, possess significantly higher antiviral effects when compared to IFNα2. To study the influence of various IFNα subtypes on the expression of IFNΑR2, LPMCs were stimulated at multiple time points with different concentrations of IFNα1, α2, α8 and α14. Stimulation by these IFNα subtypes resulted in no influence on the expression of IFNΑR2 and therefore no differences in the effects of the individual subtypes could be detected.

Stimulation by IFNα can activate several signalling pathways. The stimulation of PMA-differentiated THP1 cells with all 12 human IFNα subtypes resulted in differences in the phosphorylation of signalling molecules belonging to the classical and the alternative JAK-STAT signalling pathway as Loch as the p38-MAPK signalling pathway. Analyzing the activity of the involved kinases following stimulation with IFNα6 and α8 showed a substantial increase in kinase activity compared to unstimulated cells, whereas stimulation with the weak antiviral subtype IFNα1 led to a strong decrease in kinase activity. Furthermore, stimulation with IFNα8 shows a trend towards the activation of the mTOR signalling pathway. While Inhibition of the classical JAK-STAT pathway resulted in reduced transcription of ISGs in IFNα6 and a8 stimulated cells, inhibition of mTOR decreased ISG transcription in IFNα8 stimulated cells.

 

Taken together, the present study shows that neither HIV-infection nor the stimulation with different IFNα subtypes impacts the expression of IFNΑR2 on LPMCs. Therefore, differences in the biological response following stimulation with the individual IFNα subtypes are not based on changes in the IFNΑR2 expression. However, preliminary experiments showed activation of various signalling pathways, following stimulation with different IFNα subtypes, which might lead to the expression of distinctive ISGs and thus explain the different biological response.

 

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