Dokument: Die Bedeutung einer forcierenden Virusreplikation auf die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und Zerstörung der Selbsttoleranz

Titel:	Die Bedeutung einer forcierenden Virusreplikation auf die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und Zerstörung der Selbsttoleranz
Weiterer Titel:	The role of enforced virus replication in the activation of the adaptive immune system and breaking tolerance
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=32992
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20141218-111412-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Diplom Honke, Nadine [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 24,94 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 17.12.2014 / geändert 17.12.2014
Beitragende:	Prof. Dr. Lang, Karl Sebastian [Gutachter] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Virale Infektionen führen zu einer starken Immunaktivierung. Ein Teil dieser Aktivierung ist auf eine Stimulation von Toll-like Rezeptoren (TLR) zurückzuführen, die während einer Virusinfektion deutlich stärker verläuft als eine Aktivierung ausschließlich über Toll-like Rezeptor Liganden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass das Immunsystem über spezialisierte Zellen verfügt, die eine virale Replikation gewollt zulassen. Diese forcierende Virusreplikation führt zu einer ausreichenden Produktion von Antigenen und Toll-like Rezeptor Liganden, die zu einer aktiven Immunantwort beitragen, solange die Viren im Körper persistieren. Welche Rolle eine forcierende Virusreplikation hierbei speziell in der Beeinflussung von Immunität und Autoimmunität hat wurde in der vorliegenden Arbeit eingehend untersucht. Anhand unterschiedlicher muriner Infektions- und Erkrankungsmodelle konnten folgende neue Erkenntnisse im Hinblick auf die Virusvermehrung und dessen Einfluss auf die Aktivierung des adaptiven Immunsystems und die Entstehung eines Autoimmundiabetes (Typ I Diabetes) zusammengefasst werden. In einem ersten Ansatz wurde das Vesicular Stomatitis Virus (VSV), ein zytopathisches Virus aus der Familie der Rhabdoviridae, in einem Mausinfektionsmodell verwendet. Mit Hilfe der Immunfluoreszenz-Mikroskopie konnte gezeigt werden, dass das VSV in Wildtyp Mäusen in den CD169+ metallophilen Marginalzonenmakrophagen der Milz repliziert. Eine Sortierung dieser Zellen mittels Durchflusszytometrie und eine anschließende Analyse der Genexpression mittels einer Real Time PCR zeigten erstmalig, dass eine ansteigende virale Replikation in den CD169+ Zellen mit einer Überexpression von Usp18, einem Inhibitor des Typ I Interferon Signalweges, korreliert. Eine Usp18-abhängige forcierende Virusreplikation in den CD169+ Makrophagen ist hierbei für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems von erheblicher Bedeutung. Dieser Befund ließ sich durch eine Depletierung der CD169+ Zellen oder einem genetischen Ausschalten von Usp18 in den Usp18-/- Mäusen bestätigen. Beides führte zu einer Verschlechterung der adaptiven Immunantwort gegen ein zytopathisches Virus. Eine daraus resultierende geringere Produktion virus-spezifischer Antikörper führte schließlich in den Usp18-/- Mäusen zu einer Ausbreitung von Virus in die neuronalen Gewebe und letztendlich zum Tod der Versuchstiere. In einem zweiten Ansatz wurde das Lymphozytäre Choriomeningitis Virus (LCMV) aus der Familie der Arenaviridae in einem Autoimmundiabetes-Modell (RIP-GP Modell) verwendet. Da RIP-GP Mäuse das LCMV-Glykoprotein (LCMV-GP) auf den pankreatischen ß-Inselzellen exprimieren, kann eine Infektion mit LCMV zu einer Induktion eines Autoimmundiabetes führen. In diesem Modell konnte gezeigt werden, dass eine Usp18-abhängige Replikation von LCMV in dendritischen Zellen essenziell für eine Aktivierung Autoantigen-spezifischer CD8+ T-Zellen ist. Dies zeigt, dass der neu entdeckte Mechanismus einer forcierenden Virusreplikation wichtig ist, um die Insulin produzierenden ß-Inselzellen im Pankreas zu zerstören und letztendlich einen Typ I Diabetes (Autoimmundiabetes) zu induzieren. Eine Inhibierung der Virusreplikation, beispielsweise durch eine Depletierung Antigen-präsentierender Zellen, ein genetisches Ausschalten von Usp18 oder durch Verwendung des pharmakologischen Inhibitors Ribavirin, konnte hingegen eine Vermehrung autoreaktiver CD8+ T-Zellen und letztendlich die Entstehung eines Typ I Diabetes unterbinden. In einem dritten und letzten Ansatz konnte das Antibiotikum Tunicamycin als ein neues immunsupprimierendes Medikament entdeckt werden. Durch eine Inhibierung der Proliferation und zytotoxischen Aktivität autoreaktiver CD8+ T-Zellen konnte der Entstehung eines Typ I Diabetes in den mit Tunicamycin-behandelten Mäusen vorgebeugt werden. Zusammenfassend zeigen die präsentierten Daten in dieser Arbeit einen neuen Mechanismus der Virusreplikation, mit dem es dem angeborenen Immunsystem einerseits gelingt eine virale Replikation durch die Produktion von Typ I Interferon zu inhibieren und andererseits ausreichend virales Antigen für die Aktivierung des adaptiven Immunsystems bereitzustellen. Bei einer Fehlregulation des Immunsystems kann dieser sonst so bedeutende Mechanismus einer forcierenden Virusreplikation fatale Folgen haben und zur Entstehung von Autoimmunerkrankungen wie z.B. einem Typ I Diabetes beitragen. Inwieweit dieser Mechanismus auch bei anderen Pathogenen wichtig ist oder therapeutisch genutzt werden kann, ist Gegenstand aktueller Untersuchungen. Abschließend konnte ein neues immunsupprimierendes Medikament, namens Tunicamycin, entdeckt werden, mit dem sich T-Zell- abhängige Autoimmunerkrankungen, durch Inhibition autoreaktiver CD8+ T-Zellen, vermeiden lassen. Das Ziel zukünftiger Untersuchungen ist es die Applikationsweise und –dosis festzulegen sowie mögliche Nebenwirkungen zu erfassen um Tunicamycin für die klinische Anwendung zu prüfen. Viral infections lead to a strong immune activation. A part of this activation is due to a stimulation of Toll-like receptors (TLR), which is much stronger during a viral infection than the activation exclusively via Toll-like receptor ligands. In the present work, it was hypothesized that the immune system has specialized cells that deliberately allow viral replication. This enforced virus replication leads to sufficient production of antigens and Toll-like receptor ligands to contribute to an active immune response as long as the viruses persist in the body. The specific role of enforced viral replication in mediating immunity and autoimmunity was investigated in detail in the present work. By using different mouse models of infection and disease, the following new findings, regarding virus replication and its influence on the activation of the adaptive immune system and the development of autoimmune diabetes (type I diabetes) are summarized below. In a first approach, the vesicular stomatitis virus (VSV), a cytopathic virus of the family Rhabdoviridae, was used in a mouse infection model. Using immunofluorescence microscopy, it was shown that in wild-type mice the VSV replicated in the CD169+ metallophilic marginal zone macrophages of the spleen. Sorting these cells by flow cytometry and subsequent analysis of gene expression by real-time PCR, showed for the first time that an increased viral replication in the CD169+ cells correlated with an overexpression of Usp18, an inhibitor of the type I interferon signaling pathway. Usp18-dependent enforced viral replication in the CD169+ macrophages is of considerable importance for the activation of the adaptive immune system. This finding was confirmed by depletion of CD169+ cells or genetic knockout of Usp18 in Usp18-/- mice, both leads to deterioration of the adaptive immune response against a cytopathic virus. This was accompanied by a lower production of virus-specific antibodies in the Usp18-/- mice which led to virus spreading into neuronal tissue, and finally to death of the laboratory animals. In a second approach, the lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) of the family Arenaviridae was used in an autoimmune diabetes model (RIP-GP model). As the RIP-GP mice express the LCMV glycoprotein (LCMV-GP) on the pancreatic beta-islet cells, infection with LCMV leads to induction of autoimmune diabetes. In this model, it was shown that Usp18-dependent replication of LCMV in dendritic cells is essential for the activation of autoantigen-specific CD8+ T cells. This demonstrates that the newly discovered mechanism of enforced viral replication plays an important role in destroying the insulin-producing beta-islet cells of the pancreas and finally in inducing type I diabetes (autoimmune diabetes). Inhibition of viral replication, for example either by depletion of antigen-presenting cells, genetic knockout of Usp18 or by using the pharmacological inhibitor Ribavirin, could prevent the proliferation of autoreactive CD8+ T cells and finally the development of type I diabetes. In a third and last approach the antibiotic Tunicamycin was discovered as a new immunosuppressive drug. By inhibition of the proliferation and cytotoxic activity of autoreactive CD8+ T-cells, the development of type I diabetes could be prevented in Tunicamycin-treated mice. In summary, the data presented in this work describe a novel mechanism of virus replication, which is dually crucial for the inhibition of viral replication through the production of type I interferon and also for the production of sufficient viral antigen to activate the adaptive immune system. In a dysregulated immune system, the otherwise so meaningful mechanism of enforced viral replication, can have fatal consequences and contribute to the development of autoimmune diseases such as type I diabetes. To what extent this mechanism is important for other pathogens or is exploitable therapeutically is the subject of current investigations. Finally, a new immunosuppressive drug, Tunicamycin, was discovered, which is capable of preventing T-cell-dependent autoimmune diseases by inhibiting autoreactive CD8+ T cells. The aim of future investigations is to determine the route of administration and dose and to detect possible adverse effects in order to approve the drug for clinical use.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	18.12.2014
Dateien geändert am:	18.12.2014
Promotionsantrag am:	31.03.2014
Datum der Promotion:	11.11.2014