Molecular mechanisms of Staphylococcus aureus induced IFN-b in phagocytes and its biological implications

Prosjektets formål var å gi ny grunnleggende kunnskap om interaksjonen mellom gule stafylokokker (Staphylococcus aureus) og hvite blodceller som monocytter og makrofager, de responser denne interaksjonen utløser, og mulige konsekvenser av dette. Bakgrunnen for studien var vår oppdagelse av at monocytter som infiseres av bakterien produserer cytokinet interferon-beta (IFN-b). Dette er et cytokin som tradisjonelt er knyttet til virusinfeksjoner, men som også kan ha viktige immunregulerende funksjoner ved bakterieinfeksjoner. Den eksisterende kunnskapen om bakterie/vert-interaksjonen var utilstrekkelig til å forklare hvordan gule stafylokokker induserte IFN-b produksjon. Prosjektet har avdekket at humane monocytter og makrofager gjenkjenner bakteriens ribonukleinsyre (RNA) via en spesifikk sensor (Toll-liknende reseptor 8, TLR8) som aktiverer cellene til produksjon av ulike cytokiner, inkludert IFN-b. Funksjonen av TLR8 har vært lite kjent ettersom den er dysfunksjonell i klassiske forsøksdyr som mus og rotter som er mye brukt i eksperimentelle infeksjonsstudier. Prosjektet har avklart at TLR8 er avgjørende for å utløse produksjon av IFN-b i de humane cellene ved infeksjon med gule stafylokokker, samt at dette skjer ved aktivering av transkripsjonfaktoren interferon-regulatorisk faktor 5 (IRF5). Aktivering og funksjon av IRF5 er relativt dårlig kjent. Prosjektet har gitt ny kunnskap om hvordan IRF5 aktiveres og reguleres i human monocytter og makrofager. Det ble vist at IRF5 aktiveringa involverer faktorene TAK1 og IKKb, som er i overensstemmelse med to nyere internasjonale studier. Videre ble det vist at dersom de gule stafylokokkene aktiverte en annen sensor (TLR2) blir IRF5-aktiveringa og produksjonen av IFN-b blokkert. Disse resultatene ble publisert i 2015 sammen med en uavhengig studie fra en tysk forskningsgruppe som viste at TLR8 også er en viktig sensor for Gruppe A streptokokker. Prosjektet har i stor grad brukt primære humane celler framfor typiske modellsystemer som kreftcellelinjer og celler fra mus, som ofte er enklere å studere. Dette har vist seg å være viktig da vi ikke har kunnet gjenskape den samme patogen/vert-interaksjonen ved bruk av slike cellesystemer, selv om disse er svært viktige verktøy i molekylære detalj-studier. Bruk av primære humane celler har krevd etablering av nyere metodikk; deriblant «silencing-teknologi». Mikroskopi-metodikk som er etablert på prosjektet har vært sentral i arbeidet, og denne metodikken har videre blitt brukt til å vise at en mykobakterieart særlig aktiverer IRF1 i humane makrofager. Dette inngår i ytterligere en publikasjon fra forskningsgruppa. Som en videreføring av prosjektet pågår et arbeid for å avklare den molekylære mekanismen for TLR2-mediert TLR8-IRF5 blokkering, samt konsekvensen av denne kryss-reguleringa for vertsresponsen i en større skala (hel-genom). Det er også påbegynt studier med andre bakterier, blant annet Gruppe B streptokokker, for å undersøke den relative betydningen av TLR8, TLR2 og andre cellulære sensorer for bakterier. Vi har funnet at TLR2- og TLR8- aktivering utløser litt ulike cytokinprofiler og genuttrykk hos fagocyttene, noe som potensielt kan være viktig i finjustering av den ervervede immunresponsen mot ulike mikrober. En indiksjon på dette er også at TLR8 spesielt oppregulerer et protein som kan være viktig i forbindelse med antigen-presentasjon og ervervet forsvar. TLR2-mediert hemming av TLR8-funksjonen kan også være en viktig sikkerhetsmekanisme ved alvorlig infeksjon, særlig blodbåren infeksjon som kan utløse en overdreven og livstruende betennelsesreaksjon (sepsis syndrom). Behandling av sepsis syndrom med ulike hemmere av betennelses-drivende molekyler og reseptorer har vært forsøkt i en rekke store studier, men har så langt vært mislykket. Prosjektets identifisering av TLR8 som en viktig sensor ved infeksjon med gule stafylokokker, og trolig også andre mikrober, kan derfor representere et nytt mulig angrepsmål for terapi. Prosjektet er grunnforskningspreget og har gitt ny kunnskap og en bedre forståelse av patogen-vert-interaksjonen. På lengre sikt kan dette ha mulige konsekvenser for helsetjenesten i form av nye metoder for identifisering av risikofaktorer hos pasienter, for forebyggende behandling som utvikling av vaksiner, eller for bedre behandlingsregimer for alvorlige infeksjoner og sepsis syndrom.