Molecular interactions and signaling mechanisms of type I interferon induction by Staphylococcus aureus.
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 46056633
- Ansvarlig person
- Bjarte Bergstrøm
- Institusjon
- NTNU, IKM
- Prosjektkategori
- Postdoc-stipend 2012
- Helsekategori
- Inflammatory and Immune System
- Forskningsaktivitet
- 1. Underpinning
Rapporter
Prosjektet har etablert at en spesifikk transkripsjonsfaktor (IRF5) er nødvendig for produksjon av type I interferon når gram-positive bakterier blir gjenkjent av monocytter/makrofager. Videre er det vist at denne aktiveres av proteinet TLR8, som er spesifikt for immunceller og ikke har en fungerende homolog i mus. Dermed er denne responsen spesifikk for mennesker og er lite beskrevet, og vil således være av større klinisk betydning enn feks muse-forsøk som er den internasjonalt anerkjente standard-modellen.
Det er vist hvilke intracellulære signalveier som blir aktivert i denne prosessen, og vist at samtidig stimulering av TLR2 og TLR8 vil antagonisere type I interferoner, men ikke andre cytokiner. Dette er potensielt viktig, da gram-positive bakterier kjennetegnes nettopp av evnen til å stimulere TLR2 i varierende grad. Graden på denne stimuleringen vil dermed kunne modulere immunresponsen til bakterien, enten som en fordel eller som en ulempe for bakterien avhengig av type infeksjon og hvor infeksjonen oppstår. Denne effekten kan også være viktig ved ko-infeksjoner av bakterier og virus, som kan føre til alvorlig sykdom.
Videreføring av prosjektet jobber med å fremskaffe flere detaljer rundt de molekylære mekanismene av aktivering, de molekylære følgene av aktivering og cellulære følger av differensiell aktivering.
Umulig å si. Bedre kunnskap om hvordan gram-positive bakterier gjenkjennes og motarbeides av immunforsvaret kan få følger for hvordan man behandler infeksjoner, men da nåværende forskning er på grunnforskningsbasis vil dette ligge fram i tid.
Type I interferoner er klassiske antivirale cytokiner. I nyere tid har det blitt klart at disse cytokinene også blir produsert av fagocytter ved ulike bakterieinfeksjoner og at de kan ha viktige immunregulerende funksjoner. Prosjektets formål er å avklare den molekylære mekanismen for induksjon av cytokiner ved S. aureus-infeksjon.I 2014 har vi fokusert videre på de intracellulære signalmekanismene som er avgjørende for at humane monocytter produserer IFNb ved infeksjon av S. aureus. Vi har kartlagt nærmere hvilke signalveier som er kritiske for induksjon av IFNb og at denne avhenger av signalveien TLR8-TAK1-IKKb-IRF5. Dette er vist med både kjemiske inhibitorer og ved "knock-down" via RNAi i primære celler. Deler av denne signalveien har også blitt bekreftet av andre forskningsgrupper. Artikkel er sendt inn og antatt i Journal of Immunology med noen revisjoner, estimert ny innsendelse er mars 2015.
Videre har våre studier vist at IFNb-produksjon er fullstendig avhengig av IRF5 nedstrøms for den endosomal reseptoren TLR8. Signalveiene til TLR8 og TLR2 er i utgangspunktet like, endosom-lokaliseringen gjør altså at TLR8 også kan aktivere et subsett av cytokiner som vil gi en markant annerledes immunaktivering enn det TLR2 er i stand til. Det bemerkes at denne organisasjonen av denne medfødte immunresponsen ikke er likedan i murine celler, vi har dermed ikke adgang til et av de mest brukte modellsystemene (murine knock-out), samt at forskning publisert på murine celler ikke kan overføres direkte til vår forskning. TLR8 har har heller ingen murin homolog (kun et pseudogen). Viktigheten av at TLR8 gjenkjenner bakterielle biomolekyler er også vist av en annen forskningsgruppe som vil publisere sine resultater samtidig med våre.
Viktigheten av IRF5 har delvis blitt vist via en høykapasitets genuttrykksstudie. Denne følges fremdeles opp og det er sikret midler til en oppfølgingsstudie på proteinnivå som har til hensikt å binde sammen genuttrykk og proteomendringer ved stimulering og ko-stimulering av TLR2 og TLR8.
Prosjektet er i samarbeid med:
Prosjekt 46056622 "Molecular mechanisms of Staphylococcus aureus induced IFN-b in phagocytes and its biological implications"
Type I interferoner er klassiske antivirale cytokiner. I nyere tid har det blitt klart at disse cytokinene også blir produsert av fagocytter ved ulike bakterieinfeksjoner og at de kan ha viktige immunregulerende funksjoner. Prosjektets formål er å avklare den molekylære mekanismen for induksjon av cytokiner ved S. aureus-infeksjon.I 2013 har vi fokusert videre på de intracellulære signalmekanismene som er avgjørende for at humane monocytter produserer IFNb ved infeksjon av S. aureus. Vi har kartlagt nærmere hvilke bestanddeler av S. aureus som er avgjørende for denne responsen og etablert et system med bruk av syntetisk definerte ligander for å studere systemet videre. Vi har ikke lykkes i å finne et enklere modellsystem som kan replikere denne effekten og har derfor videreført studiene i primære humane monocytter isolert fra blodgivere. Siden disse er betraktelig vanskeligere å manipulere enn prolifererende cellesystemer har vi primært benyttet kjemiske inhibitorer for å analysere de ulike cellulære bestand-delene i den intracellulære signalmekanismen. Vi har også utviklet en høykapasitet-metode for å analysere aktivering av transkripsjonsfaktorer som det tidligere har vært vanskelig å studere i primære humane monocytter.
Vi har ved hjelp av disse metodene fastslått hvilke transkripsjonsfaktorer som er avgjørende for at monocytter uttrykker antivirale cytokiner som IFNb og IL12 ved infeksjon av S. aureus. Vi har etablert at ulike reseptorer antagoniserer hverandre på et molekylært nivå og vist hvordan den antivirale responsen indusert av S. aureus kan antagoniserers av andre ligander via definerte signalmolekyler i en feedback-inhibering. Disse resultatene vil bli publisert i en større artikkel i løpet av våren 2014. Vi har også startet oppfølgingsstudier for å se på hvordan disse responsene påvirker genuttrykk og inflammasjonsrespons i en hel-genom skala og hvorvidt andre reseptorer også vil påvirke responsen på samme måte. Vi har også oppdaget at et lite antall donorer responderer atypisk, dvs at deler av signalveien ikke settes i gang til tross for at responsen forblir lik og vi vil undersøke dette fenomenet nærmere. Søknad vil sendes REK angående sistnevnte prosjekt hvis det ikke dekkes av eksisterende godkjenning.
Prosjektet er i samarbeid med:
Prosjekt 46056622 "Molecular mechanisms of Staphylococcus aureus induced IFN-b in phagocytes and its biological implications"
Type I interferoner er klassiske antivirale cytokiner. I nyere tid har det blitt klart at disse cytokinene også blir produsert av fagocytter ved ulike bakterieinfeksjoner, og at de kan ha viktige immunregulerende funksjoner. Prosjektets formål er å avklare den molekylære mekanismen for induksjon av cytokiner ved S. aureus-infeksjon.Vi har i løpet av 2012 kartlagt hvilke immunreseptorer S. aureus bruker for å induserer en IFNb-respons i ulike immunceller. Vi har også funnet at forskjellige molekyler fra S. aureus induserer til dels motvirkende responser. Vi har også påvist klare forskjeller i bruk av reseptorer og i kryss-regulering mellom reseptorer hos ulike celletyper i samarbeid med prosjektet " Molecular mechanisms of Staphylococcus aureus induced IFNb in phagocytes and its biological implications ".
Hovedfokus i dette delprosjektet har vært å avklare i detalj de molekylære interaksjonene og signalveiene som immunreseptorene styrer. Spesifisiteten i responsen fra disse reseptorene er viktig og til tross for at de deler mange komponenter i signalveiene har de forskjellige reseptorene overlappende men unik respons. Flere mikroorganismer kan også indusere en immunrespons som er gunstig for mikroorganismen og ikke verten. Hvordan disse responsene induseres er delvis kjent, men hvordan disse responsene oppnår spesifisitet i forskjellige celletyper og hvordan responsene påvirker hverandre er fremdeles i stor grad ukjent. Vi er i gang med å kartlegge de intracellulære signalmekanismene bak disse responsene og hvordan de påvirker hverandre på et molekylært nivå. Vi undersøker her flere forskjellige signalkaskader på alle nivå fra reseptor-ligand-indusert rekruttering av signalproteiner og ko-faktorer, post-translasjonelle modifikasjoner, trafikkering av signalkomponenter og regulering av transkripsjon på epigenetisk nivå. Vi har allerede identifisert signalmekanismer som ikke er rapportert før, sannsynligvis delvis fordi vår modell med primære humane fagocytter ligger betraktelig nærmere en de facto respons enn modeller basert på immortaliserte cellelinjer. Vi er i gang med å utarbeide et manuskript basert på våre foreløpige funn.
Vitenskapelige artikler
Bergstrøm B, Aune MH, Awuh JA, Kojen JF, Blix KJ, Ryan L, Flo TH, Mollnes TE, Espevik T, Stenvik J
TLR8 Senses Staphylococcus aureus RNA in Human Primary Monocytes and Macrophages and Induces IFN-ß Production via a TAK1-IKKß-IRF5 Signaling Pathway.
J Immunol 2015 Aug 1;195(3):1100-11. Epub 2015 jun 17
PMID: 26085680
Deltagere
- Jørgen Stenvik Forsker
- Terje Espevik Forskningsgruppeleder
- Bjarte Bergstrøm Postdoktorstipendiat
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU