B3 – Melanie Brinkmann

B3 – Melanie Brinkmann2017-09-22T10:30:37+00:00

Herpesvirale Modulation der angeborenen Immunantwort

Die zellulären Rezeptoren cGAS, RIG-I-ähnliche Rezeptoren (RLR) und Toll-ähnliche Rezeptoren (TLR) erkennen virale Partikel, sobald jene in Zellen eintreten. Nach Bindung der Liganden wie zum Beispiel virale DNA oder RNA induzieren diese Rezeptoren eine Signalkaskade, die zur Transkription von Typ I Interferonen (IFN) und pro-inflammatorischen Zytokinen führt. Diese antivirale Immunabwehr ist essentiell für die Kontrolle der viralen Infektion durch den Wirtsorganismus.

Das Kaposi Sarkom-assoziierte Herpesvirus (KSHV) wurde im Jahr 1994 identifiziert und ist eines von neun heute bekannten Herpesviren des Menschen. Mittlerweile ist wissenschaftlich eindeutig belegt, dass KSHV die Ursache von drei verschiedenen Krebsarten darstellt: (1) einem Krebs der Blutgefäße, dem sogenannten Kaposi Sarkom, (2) einem Lymphom (ein Krebs der weißen Blutzellen) mit dem Namen Primäres Effusionslymphom, und (3) einigen Formen von Lymphknotenvergrößerungen, genannt Castlemann’sche Krankheit. Das Kaposi Sarkom wurde bereits im 19. Jahrhundert von dem ungarischen Arzt Moritz Kaposi beschrieben. Mit dem Nachweis von genetischem Material des KSHV in diesem Tumor lieferten die amerikanischen Wissenschaftlern Yuan Chang und Patrick Moore mehr als ein Jahrhundert später den Hinweis, dass ein neues Herpesvirus die Ursache dieser Krebsart sein könnte.

Eine charakteristische Eigenschaft aller Infektionen mit Herpesviren ist, dass gesunde Menschen zwar infiziert werden können, jedoch die Vermehrung des Virus in den meisten Fällen im Zaum zu halten vermögen. Virus und Mensch leben somit in einer friedlichen Koexistenz miteinander, die jedoch aus dem Gleichgewicht geraten kann, wenn das Immunsystem geschwächt ist. Besonders häufig tritt das Kaposi Sarkom bei AIDS Patienten auf. Das Immunsystem von AIDS Patienten ist durch die Infektion mit dem Humanen Immundefizienz Virus (HIV) stark geschwächt, wodurch es die Vermehrung von KSHV nicht mehr verhindern kann. Ein weiteres Beispiel sind Organtransplantationen – hier muss das Immunsystem des Patienten medikamentös geschwächt werden, um die Abstoßung des fremden Organs zu verhindern.

Die Arbeitsgruppe von Melanie Brinkmann möchte die Mechanismen klären, wie das KSHV von dem Immunsystem bei der Erstinfektion erkannt und im weiteren Verlauf der Infektion im Zaum gehalten wird. Außerdem will das Wissenschaftlerteam durch KSHV Einblicke in lebenswichtige zelluläre Abläufe erhalten. Die Ko-Existenz zwischen Herpesviren und dem Menschen besteht seit vielen Millionen von Jahren. Herpesviren kennen daher die wichtigen Schaltstellen der Immunabwehr sehr genau und umgehen diese gekonnt oder nutzen sie sogar für ihre eigenen Zwecke. Welche Schalthebel KSHV zu seinen Gunsten umlegt wollen die Forscher im Detail verstehen, um zum Einen neue Einblicke in das Zusammenspiel zwischen Virus und seinem Wirt zu erhalten, und um zum Anderen nachvollziehen zu können, wie dieses Virus zur Entstehung von Krebs beiträgt.

Wissenschaftliche Vorgehensweise

Die Forschung der Arbeitsgruppe von Melanie Brinkmann beschäftigt sich mit zwei zentralen Themen: 1) der Erkennung von Herpesviren durch das angeborene Immunsystem und 2) der Charakterisierung von Mechanismen, wie Herpesviren der Detektion durch das angeborene Immunsystem entgehen, um erfolgreich chronische Infektionen zu etablieren.

Um die erste Fragestellung zu beantworten haben wir untersucht, welche Zelltypen des angeborenen Immunsystems wichtig sind, um eine antivirale Immunantwort nach Infektion mit Gammaherpesviren zu generieren. Wir konnten zeigen, dass sowohl KSHV als auch sein murines Homolog Murines Herpesvirus 68 (MHV68) nur eine sehr schwache Immunantwort in Monozyten und Makrophagen auslösen. Diese Zelltypen spielen eine zentrale Rolle in der angeborenen Immunantwort, und sezernieren nach viraler Infektion in der Regel pro-inflammatorische Zytokine sowie Typ I Interferone (IFN). Im Falle der Gammaherpesviren ist diese Antwort jedoch inhibiert (Bussey et al. 2014). In konventionellen dendritischen Zellen ist nach MHV68 Infektion keine Zytokinantwort detektierbar, in plasmazytoiden dendritischen Zellen ist sie messbar, aber im Vergleich zur Infektion mit anderen Herpesviren oder Stimulantien stark eingeschränkt.

Ferner haben wir in Kollaboration mit der Forschergruppe von Thomas Schulz zeigen können, dass der zytoplasmatische DNA Rezeptor cGAS eine bedeutende Rolle dabei spielt, KSHV in der latenten Phase zu halten – cGAS inhibiert die lytische Reaktivierung von KSHV (Zhang et al., 2016). Um die Bedeutung der Rezeptoren des angeborenen Immunsystems in vivo analysieren zu können, haben wir das MHV68 Infektionsmodell gewählt.

Durch die vielen Millionen Jahre der Koevolution sind Herpesviren perfekt an ihren natürlichen Wirt angepasst und vermögen in der Regel nicht, andere Spezies zu infizieren. MHV68 ist ein geeignetes Modell, die gammaherpesvirale Infektion in der Labormaus zu untersuchen. Uns interessiert dabei vor allem das Zusammenspiel verschiedener Rezeptoren des angeborenen Immunsystems, mit besonderem Fokus auf die Familie der Toll-like Rezeptoren.

Unser zweiter Fokus besteht darin zu verstehen, wie die Gammaherpesviren KSHV und MHV68 die angeborene Immunantwort modulieren. Wir konnten zeigen, dass die Signalkaskade unterhalb der Toll-like Rezeptoren in MHV68- und KSHV-infizierten Zellen inhibiert ist (Bussey et al. 2014). Um die viralen Proteine zu identifizieren, die für diese Inhibition verantwortlich sind, haben wir einen Luziferase-basierten Reporterassay etabliert. Wir konnten mehrere virale Proteine identifizieren, welche die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB nach TLR2 Stimulation inhibieren. Eines dieser Proteine ist das KSHV Protein RTA, ein transkriptioneller Aktivator, der essentiell für die virale Genexpression von KSHV ist. Ferner haben wir einen screen etabliert, um virale Antagonisten der Typ I IFN Antwort zu identifizieren. Um Einblicke in die zugrundeliegenden Mechanismen zu erhalten, haben wir quantitative Proteomik Experimente durchgeführt. Damit wollen wir zelluläre Interaktionspartner der von uns gefundenen viralen Antagonisten identifizieren. Ein wichtiger Aspekt unserer Arbeiten ist die anschließende Validierung und Charakterisierung der identifizierten Interaktionen.

Das KSHV Protein Reaktivierung und Transkriptions Aktivator (RTA) ist essentiell und ausreichend, um KSHV von der Latenz in die lytische Replikationsphase zu überführen. Während der Latenz werden nur wenige virale Gene transkribiert, wohingegen bei der lytischen Replikation alle viralen Gene in einer streng regulierten Reihenfolge transkribiert werden. Nach Ablauf des lytischen Replikationszyklus werden neu gebildete virale Partikel freigesetzt.

Um zu verstehen, wie das Herpesvirus KSHV die Immunantwort seines Wirtes moduliert, um eine chronische Infektion zu etablieren, koppeln wir Ko-Immunpräzipitation mit quantitativer Proteomanalyse. Mit diesem Ansatz wollen wir zelluläre Interaktionspartner von KSHV Proteinen identifizieren.

Melanie Brinkmann erzählt über ihre Forschung im SFB 900

Melanie Brinkmann ist seit Gründung des SFBs im Jahr 2010 mit dabei und erforscht mit ihrem Team im Teilprojekt B3 die Interaktion des Kaposi-Sarcom assoziierte Herpesvirus(KSHV) mit dem angeborenen Immunsystem.

Publikationen des Forschungsprojektes B3

  • The murine cytomegalovirus M35 protein antagonizes type I IFN induction downstream of pattern recognition receptors by targeting NF-κB mediated transcription. Chan B, Gonçalves Magalhães V, Lemmermann NAW, Juranić Lisnić V, Stempel M, Bussey KA, Reimer E, Podlech J, Lienenklaus S, Reddehase MJ, Jonjić S, Brinkmann MM. PLoS Pathog. 2017 May 25;13(5):e1006382.

  • Cytoplasmic isoforms of Kaposi sarcoma herpesvirus LANA recruit and antagonize the innate immune DNA sensor cGAS. Zhang G, Chan B, Samarina N, Abere B, Weidner-Glunde M, Buch A, Pich A, Brinkmann MM, Schulz TF. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Jan 25. pii: 201516812.

  • Age-dependent enterocyte invasion and microcolony formation by Salmonella. Zhang K, Dupont A, Torow N, Gohde F, Leschner S, Lienenklaus S, Weiss S, Brinkmann MM, Kühnel M, Hensel M, Fulde M, Hornef MW. PLoS Pathog. 2014 Sep 11;10(9):e1004385.

  • The gammaherpesviruses Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus and murine gammaherpesvirus 68 modulate the Toll-like receptor-induced proinflammatory cytokine response. Bussey KA, Reimer E, Todt H, Denker B, Gallo A, Konrad A, Ottinger M, Adler H, Stürzl M, Brune W, Brinkmann MM. J Virol. 2014 Aug;88(16):9245-59.

  • Cell-specific TLR9 trafficking in primary APCs of transgenic TLR9-GFP mice. Avalos AM, Kirak O, Oelkers JM, Pils MC, Kim YM, Ottinger M, Jaenisch R, Ploegh HL, Brinkmann MM. J Immunol. 2013 Jan 15;190(2):695-702.

Kontakt

Dr. rer. nat. Melanie M. Brinkmann

Helmholtz Institut für Infektionsforschung
Abteilung Zellbiologie und Immunbiologie
Inhoffenstrasse 7
38124 Braunschweig

  +49 531 6181-3069
  +49 531 6181-3099
 Melanie.Brinkmann@helmholtz-hzi.de