Interactions of Single-stranded RNA Viruses With Autophagy Components and Innate Immune Signaling

Abstract

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET DET MEDISINSKE FAKULTET Vekselvirkninger mellom enkelttrådete RNA-virus, autofagikomponenter og det medfødte immunforsvaret I dette arbeidet har vi sett på samspillet mellom autofagi, det medfødte immunforsvaret og RNA-virusinfeksjoner, for å karakterisere nye veskelvirkninger mellom disse tre prosessene. Autofagi (Fra gresk: selvspising) er en nedbrytningsprossess som foregår i cellene i kroppen vår, der cellulære komponenter som for eksempel organeller, proteiner, lipider, membraner og nukleinsyrer (DNA/RNA) nedbrytes. Her blir kompenentene omsluttet av en dobbeltmembran, kalt autofagosom, som så fusjonerer med lysosomer og dermed sørger for at innholdet degraderes. Autofagi har vist seg å ha mangfoldige roller i cellen. Det er en basalprosess som kontinuerlig rydder opp og fjerner defekte cellekomponenter. Den kan oppreguleres slik at cellen overlever næringsfattige omgivelser ved å tære på seg selv. Autofagi også involvert i en rekke sykdommer, både som en gunstig og ugunstig prosess i sykdomsutvikling. Det medfødte immunforsvaret består av cellulære prosesser som danner en organismes første forsvarslinje mot infeksiøse mikroorganismer som bakterier og virus. Dette inkluderer også for eksempel anatomiske barrierer som huden vår, som avgrenser kroppen fra omgivelsene. Sentralt i det medfødte immunforsvaret er såkalte mønstergjenkjennnende reseptorer (PRR), som gjenkjenner patogen-assosierte mønstermolekyler (PAMP), det vil si molekyler som i hovedsak er unike for mikroorganismer. Disse reseptorene finnes i omtrent alle celler og sonderer kontinuerlig etter mulige trusler. Når reseptorene identifiserer en PAMP, igangsettes en kompleks signaleringskjede som munner ut i nøye koordinerte antimikrobielle prosesser. Disse prosessene som har som endelig mål å fjerne den invaderende mikroorganismen. Dette kan oppnås enten ved å hemme dens evne til å reprodusere seg, direkte fjerne mikroorganismen eller ved å tilkalle forsterkninger fra andre deler av det medfødte immunforsvaret. Om nødvendig, kan den neste forsvarslinjen, det adaptive immunforsvaret, rekrutteres i bekjempelsen av den invaderende mikroorganismen og gi en varig immunitet. Virus er avhengig av en vert for å kunne reprodusere seg selv. For å lykkes med dette er viruset i et evolusjonært våpenkappløp med verten den infiserer, både for å utvikle teknikker for å unngå deteksjon og for å avvæpne den medfødte immunresponsen. Noen virus, som hepatitt C virus (HCV), lykkes ofte i å undergrave immunforsvaret og kan danne kroniske infeksjoner med påfølgende sekundære komplikasjoner som kreftutvikling. I den senere tid har forskning vist at det finnes vekselvirkninger mellom autofagi og det medfødte immunforsvaret. Begge prosessene samhandler mot virusinfeksjoner. Samtidig kan virus manipulere autofagi, både for å omgå immunforsvaret og å bidra til ens reproduksjon. Disse vekselvirkningene er dårlig kartlagt, og denne avhandlingen har som mål å karakterisere noen disse samspillene. I den første artikkelen avdekket vi at infeksjon med Sendaivirus (SV) i celler, medfører akkumulering av autofagosomer ved å hemme fusjonsprosessen til lysosom. Videre aggregeres MAVS, et antiviral immunprotein som assosierer med SQSTM1, et autofagiprotein. Denne assosiasjonen er avhengig av TRAF6. Disse funnene tyder på at antiviral signalering kan reguleres under SV-infeksjon ved å degradere MAVS via autofagi. Videre finner vi i den andre artikkelen at SV-mediert dannelse av autofagosomer er avhengig av autofagikomponentene ATG5, ATG7, ULK1/ULK2. ULK1 ble karakterisert, der S757 ble defosforylert, og ULK1 kompleksdannelse oppstod med ATG13 og FIP200, noe som er forenelig med SV-mediert autofagosomer. Videre ble ULK1 funnet å være i perinukleære områder i cellene under SV-infeksjon. TBK1 hemmet virus-indusert autofagosomdannelse, og er oppstrøms ULK1-signalering. Dette avdekker en ny mekanisme der TBK1 regulerer autofagi på et tidlig stadium, og via ULK1, under virusinfeksjon av SV. I den siste delen ble HCV-infeksjon i Huh7.25CD81 cellelinjer studert, og det ble funnet at IRGM regulerer HCV-indusert autofagi. Under HCV-infeksjon ble IRGM lokalisert til Golgi som morfologisk omorganiserte i perinukleære vesikler. ULK1-aktivering var nødvendig for HCV-indusert autofagi. Våre funn belyser nye aspekter ved vekselvirkningene mellom autofagi, det medfødte immunforsvaret og virusinfeksjoner, og vi mener disse funnene bidrar til å øke forståelsen av dette samspillet, og dermed utviklingen av nye strategier og antivirale behandlingsmetoder.