Dokument: The Unending War between HIV and the Intrinsic Innate and Adaptive Immune System: Dissecting the Role of USP18 (UBP43) and H. pylori Coinfection

Titel:	The Unending War between HIV and the Intrinsic Innate and Adaptive Immune System: Dissecting the Role of USP18 (UBP43) and H. pylori Coinfection
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=50044
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190627-135150-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	MScIH Osei Kuffour, Edmund [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 14,85 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 27.06.2019 / geändert 27.06.2019
Beitragende:	Prof. Münk, Carsten [Gutachter] Prof. Dr. Heise, Henrike [Gutachter]
Stichwörter:	Biology (Molecular Virology, Cell Biology and Immunology)
Dokumententyp (erweitert):	Dissertation
Beschreibungen:	The host restriction and resistance factors form important component of early immune responses to viruses. Many of these proteins are either induced or activated by interferon (IFN) as IFN-stimulated genes (ISGs), including ISG15, the cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitor p21 and the deoxynucleotide triphosphate (dNTP) triphosphohydrolase SAMHD1. Of its many functions, p21 regulates the antiviral activity of SAMHD1 and represses key enzymes involved in de novo dNTP biosynthesis. HIV-1 (human immunodeficiency virus type 1) is able to circumvent the innate immune surveillance and establish disseminated infection in its host. The ability of HIV-1 to bypass the innate immune response may be mediated by cellular factors such as USP18, an ISG15-specific ubiquitin-like protease 43 that negatively regulates IFN signalling pathways. In the event of an established infection, HIV-1 preferentially targets and depletes memory CD4+ T cells of the adaptive immune system, resulting in AIDS and death, if the infection is not interrupted by antiretroviral therapy. In sub-Saharan Africa, where the prevalence and geography of HIV-1 and other pathogenic infections overlap, coinfection is highly probable with either beneficial or deleterious outcomes. In this work, I present findings from three different projects I worked on, all focusing on the pathogenicity of HIV-1 infection. In the first project, I dissected the role of USP18 in HIV-1 infection in innate immune cells, using the myeloid THP-1 cell line as a model in vitro. In my second project, I characterized the different subsets of memory CD4+ T cells that are preferred target for HIV-1 infection in vivo. Finally, I investigated the impact of H. pylori coinfection on immune modulation and clinical parameters in HIV-1-infected patients from Ghana. Here, I demonstrate that USP18 enhances HIV-1 replication by abrogating the antiviral function of p21 in differentiated myeloid cells. USP18 downregulated p21 expression by accumulating misfolded dominant negative p53. By inactivating the p53 transactivation function, USP18 relieved p21 repression of key enzymes involved in de novo dNTP biosynthesis pathway, and inactivated SAMHD1 antiviral activity. Depletion of USP18 stabilized p21, activated SAMHD1 restriction function and blocked HIV-1 replication. This work also shows that CD25+FOXP3+ memory CD4+ T cells from HIV-1 infected patients contain more HIV DNA than their CD25–FOXP3–memory CD4+ T cell subsets, likely because of relatively high HIV co-receptor CCR5 expression and a more proliferative stage with high Ki67+ marker. Finally, I demonstrate that H. pylori infection confers beneficial immunomodulatory effects that might predispose to slower disease progression in ART-naïve HIV-1-infected patients from Ghana. Overall, I propose that the human USP18 is a novel factor that potentially contributes to HIV-1 infection and replication in innate immune target cells. A further study to elucidate how USP18 might modulate innate immune recognition and sensing of HIV-1 in primary macrophages is warranted. I also suggest that specific characteristics of CD25+FOXP3+ memory CD4+ T cells might facilitate efficient HIV infection in vivo and passage of HIV DNA to cell progeny in the absence of active viral replication. Future work to quantify and characterize the relative contribution of this cell subset to plasma viremia in vivo is justified. Finally, I propose that H. pylori coinfection with HIV-1 confers beneficial immune modulatory outcome for patients. It would be interesting to understand the molecular and cellular mechanistic details to inform decisions on better therapeutic approaches to treatment of both HIV-1 and H. pylori infections. Die Abwehr gegen Viren durch das angeborene Immunsystem wird unter anderem über die Expression von intrazellulären Proteinen vermittelt. Diese große Gruppe von Proteinen umfasst auch die Resistenz- und Restriktionsfaktoren, z. B. ISG15 (Interferon stimuliertes Gen 15), den Inhibitor von Cyclin-abhängigen Kinasen p21 und die Deoxynukleosidtriphosphat (dNTP) Triphosphohydrolase SAMHD1. Das Zytokin Interferon (IFN) kann diese Proteine induzieren oder aktivieren (z. B. IFN stimulierte Gene, ISGs). Neben anderen Funktioinen kann p21 die antivirale Aktivität von SAMHD1 regulieren und wichtige Enzyme der dNTP Synthese reprimieren. Das humane Immundefizienz Virus Typ 1 (HIV-1) ist in der Lage die Abwehrmechanismen des angeborenen Immunsystems zu umgehen und im Menschen eine chronisch-progredierente Infektion zu etablieren. Die Fähigkeit von HIV-1 der angeborenen Abwehr zu entgehen könnte auch durch zelluläre Proteine wie z.B. USP18 bewirkt werden. USP18 ist eine De-ISGylase und ein negativer Regulator des IFN-Signalweges. Wenn HIV-1 eine chronische Infektion im Menschen etabliert hat und nicht durch antivirale Medikamente inhibiert wird, kommt es zu einer Zerstörung des adaptiven Immunsystems durch Depletion der Memory CD4+ T Zellen und in der Folge zu AIDS und Tod des Patienten. Im subsaharischen Afrika sind die Menschen nicht nur mit HIV-1, sondern auch mit anderen pathogenen Infektionen konfrontiert, die als Ko-Infektionen den Verlauf der HIV-Infektion beeinflussen können. In meiner Doktorarbeit habe ich mich mit drei Aspekten der HIV-1 Pathogenese beschäftigt. Im ersten Projekt habe ich die Rolle von USP18 bei der HIV-1 Infektion und Replikation in einer monozytären Zelllinie (THP-1 Zellen) untersucht. Im zweiten Projekt habe ich unterschiedliche Populationen von Memory CD4+ T Zellen in Patienten im Hinblick auf eine Suszeptibilität für HIV-1 analysiert und charakterisiert. Im letzten Teil der Arbeit wurde untersucht, ob eine Ko-Infektion mit H. pylori einen immunmodulatorischen Effekt bei Patienten mit HIV-1 Infektion in Patienten in Ghana vermittelt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass USP18 durch eine Repression der p21 Expression in Zellkultur eine “provirale” Wirkung auf HIV-1 Infektion bewirkt. Dabei blockt USP18 die p21 Expression durch die Induktion von fehlgefalteten dominant negativen p53 Protein. Reduzierte Mengen von p21 induzieren eine vermehrte dNTP Synthese und eine Inaktivierung der antiviralen Aktivität von SAMHD1. Umgekehrt führte eine Depletion der USP18 Expression zu erhöhten Konzentrationen von p21, verstärkter antiviraler Aktivität von SAMHD1 und einer reduzierten HIV-1 Replikation. In den Patientenanalysen konnte ich zeigen, dass CD25+FOXP3+ Memory CD4+ T Zellen mehr HIV-1 DNA enthalten als CD25-FOXP3+ Memory CD4+ T Zellen. Ursächlich dafür könnten eine höhere Expression des CCR5 HIV Ko-Rezeptors und eine höhere Zellproliferation, gemessen mit dem Ki67+ Marker, in den CD25+ Zellen sein. Schließlich deuten meine Ergebnisse darauf hin, dass eine Ko-Infektion mit H. pylori in Therapie-naiven Patienten zu einem langsameren Krankheitsverlauf führt. Meine Daten unterstützen die Hypothese, dass USP18 ein wichtiger regulatorischer Ko-Faktor für die HIV-1 Replikation in Makrophagen ist. Zukünftige Studien sollten die Bedeutung von USP18 für die HIV-1 Infektion weiter untersuchen und den hier noch nicht beleuchteten Effekt auf das Sensing von HIV betrachten. Ich postuliere auch, dass CD25+FOXP3+ Memory CD4+ T Zellen eine noch unterschätzte Rolle für die HIV Pathogenese spielen. Ergebnisse der H. pylori Studie weisen darauf hin, dass es noch unbekannte Möglichkeiten gibt, um die HIV Pathogenese positiv zu beeinflussen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	27.06.2019
Dateien geändert am:	27.06.2019
Promotionsantrag am:	08.02.2019
Datum der Promotion:	25.06.2019