Ubiquitin proteasome system and myopathies

Abstract

Objective: In idiopathic inflammatory myopathies (IIM) infiltration of immune cells into muscle and upregulation of MHC-I expression implies increased antigen presentation and involvement of the proteasome system. To decipher the role of immunoproteasomes in myositis, we investigated individual cell types and muscle tissues and focused on possible immune triggers. Methods: Expression of constitutive (PSMB5, -6, -7) and corresponding immunoproteasomal subunits (PSMB8, -9, -10) was analyzed by real-time RT-PCR in muscle biopsies and sorted peripheral blood cells of patients with IIM, non-inflammatory myopathies (NIM) and healthy donors (HD). Protein analysis in muscle biopsies was performed by western blot. Affymetrix HG-U133 platform derived transcriptome data from biopsies of different muscle diseases and from immune cell types as well as monocyte stimulation experiments were used for validation, coregulation and coexpression analyses. Results: Real-time RT-PCR revealed significantly increased expression of immunoproteasomal subunits (PSMB8/-9/-10) in DC, monocytes and CD8+ T-cells in IIM. In muscle biopsies, the immunosubunits were elevated in IIM compared to NIM and exceeded levels of matched blood samples. Proteins of PSMB8 and -9 were found only in IIM but not NIM muscle biopsies. Reanalysis of 78 myositis and 20 healthy muscle transcriptomes confirmed these results and revealed involvement of the antigen processing and presentation pathway. Comparison with reference profiles of sorted immune cells and healthy muscle confirmed upregulation of PSMB8 and -9 in myositis biopsies beyond infiltration related changes. This upregulation correlated highest with STAT1, IRF1 and IFNγ expression. Elevation of T-cell specific transcripts in active IIM muscles was accompanied by increased expression of DC and monocyte marker genes and thus reflects the cell type specific involvement observed in peripheral blood. Conclusions: Immunoproteasomes seem to indicate IIM activity and suggest that dominant involvement of antigen processing and presentation may qualify these diseases exemplarily for the evolving therapeutic concepts of immunoproteasome specific inhibition.

Ziel Idiopathische inflammatorische Myopathien (IIM) sind gekennzeichnet durch die Infiltration von Immunzellen in den Muskel und eine erhöhte MHC-I-Expression. Dies lässt auf eine erhöhte Antigenpräsentation und Beteiligung des Proteasom-Systems schließen. Um die Rolle von Immunoproteasomen bei der Myositis zu ergründen, wurden einzelne Zelltypen sowie Muskelgewebe betrachtet und nach möglichen Auslösern der Immunantwort gesucht. Methoden Die Expression von konstitutiven (PSMB5, -6, -7) und korrespondierenden Immunoproteasom- Untereinheiten (PSMB8, -9, -10) wurde mittels real-time RT-PCR in Muskelbiopsien und sortierten peripheren Blutzellen von Patienten mit IIM im Vergleich zu nicht-inflammatorischen Myopathien (NIM) und gesunden Spendern (HD) analysiert. Die Proteinanalyse in Muskelbiopsien wurde über Western-Blot-Verfahren durchgeführt. Affymetrix HG-U133 Transkriptom Daten aus Biopsien von verschiedenen Muskelerkrankungen, Immunzelltypen und spezifisch stimulierten Monozyten dienten zur Validierung und Analyse der Co-Regulierung bzw. Co-Expression von Genen. Ergebnisse Die Real-time RT-PCR Untersuchung ergab eine signifikant erhöhte Expression der Immunoproteasom-Untereinheiten (PSMB8 / -9 / -10) in dendritischen Zellen (DC), Monozyten und CD8 + T-Zellen bei IIM. In Muskelbiopsien der IIM lagen die Messwerte für die Immunproteasom-Untereinheiten höher als in NIM und übertrafen auch die Spiegel aus den parallel erhobenen Blutproben. Die Proteine PSMB8 und -9 wurden nur in IIM aber nicht in NIM Muskelbiopsien gefunden. Die Nachuntersuchung von bereits publizierten Muskel- Transkriptomen von 78 Myositisbiopsien und 20 gesunden Kontrollgeweben bestätigte diese Ergebnisse und zeigte eine Beteiligung von Antigenprozessierung und -präsentation. Der Vergleich mit den Referenzprofilen aus sortierten Immunzellen und gesundem Muskel bestätigte die Hochregulation von PSMB8 und -9 in Myositisbiopsien über eine durch Zellinfiltration bedingte Veränderung hinaus. Diese Hochregulation korrelierte am stärksten mit der Expression von STAT1, IRF1 und IFNγ. Eine Erhöhung der T-Zell-spezifischen Transkripte in aktivem IIM Muskelgewebe wurde von einem Anstieg der DC und Monozyten Markergene begleitet und spiegelte damit die Zelltyp-spezifische Beteiligung aus dem peripheren Blut wider. Schlussfolgerungen Das Proteasom-System ist bei aktiver IIM aktiviert, wobei die Hochregulation von Immunoproteasomen auf eine Involvierung in Antigenprozessierung und -präsentation bei diesen Erkrankungen hinweist. Dies könnte einen therapeutischen Ansatzpunkt durch spezifische Hemmung von Immunoproteasomen darstellen.