The influence of immunoproteasomes on T cell expansion during an antiviral immune response

Abstract

Das Proteasom ist eine nicht-lysosomale multikatalytische Protease, bestehend aus einem enzymatisch aktiven Zentralkomplex (20S Proteasom) und assoziierten regulatorischen Proteinen. Es ist verantwortlich für den Abbau eines Großteils aller zellulärer Proteine und produziert dabei mögliche Liganden für Klasse I Moleküle des Haupt-Gewebeverträglichkeitskomplexes (MHC). Patroullierende CD8+ T Zellen erkennen anhand dieser Peptide-MHC Komplexe auf der Zelloberfläche ob eine Zelle gesund, infiziert oder entartet ist. Die während einer Immunantwort freigesetzten Zytokine Interferon gamma (IFNgamma) und Tumor Nekrose Faktor alpha (TNFalpha) induzieren die Expression der katalytisch aktiven beta-Untereinheiten LMP2 (beta1i), LMP7 (beta5i) und MECL-1 (beta2i), die anstelle der konstitutiven Untereinheiten delta (beta1), MB1 (X, beta5) und MC14 (Z, beta2) in neu synthetisierte Proteasomen eingebaut werden. Diese werden nun "Immunproteasom" genannt. Die drei zusätzlichen katalytischen Aktivitäten der Immunproteasom-Untereinheiten innerhalb einer Zelle erhöhen damit zum einen die Vielfalt der produzierten Antigene, zum anderen generiert die immunproteasomale Spaltung Peptide, deren Aminosäure-Sequenzen eine effizientere Bindung an MHC-Moleküle ermöglichen. Neben ihrer Funktion beim proteolytischen Abbau von Proteinen weisen Proteasome außerdem Endoribonuklease-, Protein-Chaperone- und DNA-Helikase-Aktivität auf. Dies erlaubt ihnen, eine Vielzahl lebenswichtiger Prozesse zu regulieren. Es wurde beobachtet, dass T-Zellen, denen eine Immunproteasom-Untereinheit fehlt, ungeachtet ihrer Epitop-Spezifität, in einer virus-infizierten Wildtyp-Maus nicht im erwarteten Maß expandieren können. Dies veranlasste uns, den Einfluss des Immunproteasoms auf die Antigen-induzierte T-Zellexpansion, unabhängig von ihrer Rolle bei der Optimierung von MHC Klasse I Liganden, zu untersuchen. Als Model-Organismus wählten wir den Lymphozytären Choriomeningitis Virus (LCMV), da dieser hinsichtlich der zu erwartenden Immunantwort bereits detailliert beschrieben ist. Transferierte T-Zellen, denen Immunproteasom-Untereinheiten fehlen, werden vom Immunsystem der Empfänger-Maus nicht abgestoßen. Auch die homöostatische Expansion der Zellen, sowie deren Wanderung in lymphatische Organe und peripheres Gewebe ist nicht beeinträchtigt. Dennoch ist die Anzahl virus-spezifischer T-Zellen (spezifisch für das LCMV-Epitop GP33), denen eine der induzierbaren Untereinheiten LMP7 oder MECL-1 fehlt, deutlich reduziert, nachdem sie in eine LCMV-infizierte Wildtyp-Maus transferiert wurden. Diese Zellen konnten im Vergleich zu ebenfalls transferierten Immunproteasom-kompetenten Zellen, uneingeschränkt Zellteilung betreiben, fanden aber früh nach Antigen-Kontakt den apoptotischen Zelltod. Erhöhte Konzentrationen von IL2 bei gleichzeitig verringerter IL4 Konzentration im Überstand von in vitro aktivierten MECL-1 x LMP7 doppelt-defizienten Milz-Zellen lassen auf Veränderungen bei der Expression oder dem Verbrauch von Zytokinen schließen. Die antivirale T-Zellantwort profitiert also nicht nur durch eine optimierte Antigen-Prozessierung vom Austausch der konstitutiven Proteasome gegen Immunproteasome. Vielmehr scheint das Proteasom/ Immunproteasom über die Modulation des Zytokin-Millieus oder über die Steuerung des Gleichgewichts zwischen Zellteilung und Apoptose die grundlegenden Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Immunantwort zu gestalten. Ob und inwieweit die Protease außerdem Einfluss auf die Produktion und Aktivität anderer Immunmodulatoren nimmt und inwiefern diese wiederum allein oder im Zusammenspiel mit Zytokinen die T-Zellantwort regulieren, ist noch offen.