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Untersuchung der Mechanismen der Cytokinsturminduktion und systemischer Infektionen durch hoch-pathogene Influenza Viren
Zusammenfassung
Infektionen des Menschen mit hoch-pathogenen Vogelgrippeviren (HPAIV) der Subtypen H5 und H7 führen häufig zu schweren Erkrankungen, die durch die übermäßige und unausgewogene Expression entzündungsfördernder Cytokine verursacht werden. Es wird vermutet, dass sowohl virale als auch Wirtsfaktoren die molekularen Ursachen für den Wechsel von lokalen zu systemischen Virusinfektionen darstellen und schlussendlich zu schweren Gewebeschäden und einem Multiorganversagen führen. Es fehlen jedoch grundlegende Kenntnisse über die Identität dieser Faktoren und die zugrundeliegenden immunologischen Mechanismen, welche eine Grundlage für die Entwicklung neuer klinischer Behandlungen darstellen könnten, um solche übermäßigen Immunreaktionen während einer HPAIV Infektion auszugleichen oder zu vermeiden.
Biomarker zur Früherkennung und Indikatoren für therapeutische Interventionen zur Begrenzung von HPAIV-induzierten Entzündungsreaktionen sind bisher nicht identifiziert worden. Unter Verwendung des gut charakterisierten Virus SC35 (H7N7) und seines Verwandten SC35M (H7N7), die zu einer lokalen bzw. systemischen Infektion führen, werden wir einen integrativen Ansatz verfolgen, um den Immunstatus infizierter Mäuse umfassend durch Kombination der Transkriptom Profile verschiedener Organe und Immunzellen sowie infiziertem menschlichem Lungengewebe zu analysieren. Wir werden unseren einzigartigen Datensatz zur Identifizierung spezifischer Biomarker für die systematische Replikation von HPAIV verwenden und die Hochregulation bekannter Sepsis-Marker sowie beteiligte Faktoren der Leckage der Endothelbarriere analysieren. Dadurch werden wir klinisch relevante wissenschaftliche Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Behandlungsoptionen gewinnen.
Die Phosphorylierung des Wirtsfaktors TRIM28 (Tripartite motif-containing 28 Protein) reguliert die exzessive Expression von IFN-β (Interferon-β) und der proinflammatorischen Cytokine IL-6 und IL-8 während einer HPAIV (highly pathogenic avian Influenza A viruses) Infektion. Zusammenfassung der identifizierten Signalkaskade: Die virale RNA wird durch PKR (Proteinkinase R) erkannt und diese aktiviert die stress-induzierte Kinasen p38 und MSK1 um die TRIM28 S473 Phosphorylierung zu ermöglichen.
Unsere früheren Studien und phospho-Proteomanalysen haben die virale Polymerase sowie die virusstammspezifische Induktion der Phosphomodifikation verschiedener Wirtsproteine (z.B. TRIM28) als kritische Faktoren identifiziert. Die Proteine der viralen Polymerase enthalten virusspezifische Immunmodulatoren und unterliegen einem starken Anpassungsdruck beim Menschen. Basierend auf einem Sequenzvergleich von relevante Vogel- und HPAIV-Stämmen, haben wir einzigartige Aminosäuresignaturen in den Polymerasen von HPAIV identifiziert, die an einer Immunaktivierung beteiligt sein könnten. In diesem Projekt werden wir das immunmodulatorische Potential dieser Signaturen bestimmen und rekombinante Viren als Studienmodell generieren, um die frühen Prozesse (z.B. PRR Aktivierung) der übermäßigen Immunantworten durch HPAIV aufzuklären.
Desweiteren werden wir die Rolle von TRIM28 sowie der differentiell modifizierten Phosphoproteine PEA-15 und NUP89 bei der Entwicklung eines Cytokinsturms während einer HPAIV-Infektion charakterisieren. Experimentelle Untersuchungen unseres Labors haben gezeigt, dass das Ansprechen phosphorylierter Wirtsfaktoren oder deren aktivierender Kinasen die Entzündungsreaktion während einer HPAIV-Infektion verringern und als neuartiger therapeutischer Ansatz zur Verhinderung/zum Ausgleich unkontrollierbarer Immunreaktionen dienen kann.
In diesem Projekt werden wir das therapeutische Potenzial von drei vorab untersuchten Inhibitoren der zellulären stressinduzierten MAP-Kinase p38, die sich in unseren früheren Studien als vielversprechendes Wirkstoffziel herausgestellt hat, als anderweitig genutzte Wirkstoffe zur Verhinderung der systemischen Ausbreitung von Viren und zum Ausgleich von HPAIV-induzierten übermäßigen Immunreaktionen in Mäusen und menschlichem Lungengewebe bewerten.
