Inhibition der NF-κB-Aktivierung durch das murine Zytomegalievirus-Protein M45

Abstract

Der Transkriptionsfaktor NF-κB spielt eine wichtige Rolle bei der Einleitung der angeborenen Immunantwort. Im Zuge einer Virusinfektion wird NF-κB unmittelbar als Folge der Virusdetektion durch Mustererkennungsrezeptoren, wie den Toll-Like-Rezeptoren (TLRs), aktiviert. NF-κB induziert daraufhin die Bildung zahlreicher entzündungsfördernder Zytokine, Chemokine und Adhäsionsmoleküle, die anschließend die Immunantwort einleiten. Freigesetzte Zytokine, wie Interleukin (IL)-1β und Tumor-Nekrose-Faktor (TNF)-α können nach Rezeptorbindung ebenfalls NF-κB aktivieren und hierdurch die initiale Zytokinproduktion verstärken. Viren haben zahlreiche Mechanismen entwickelt, um der Immunantwort des Wirtes entgegenzuwirken. Das murine Zytomegalievirus (MCMV), ein Vertreter der β-Herpesviren, greift in verschiedene Signalwege der angeborenen Immunantwort ein. In einer früheren Studie wurde gezeigt, dass MCMV durch sein Protein M45 die NF-κB-Aktivierung nach Stimulation des TNF- Rezeptors und des TLR3 inhibiert. Ob MCMV auch die NF-κB-Aktivierung nach Stimulation anderer TLRs und Zytokinrezeptoren hemmt, war bisher unbekannt und sollte daher in dieser Arbeit untersucht werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen erstmals, dass MCMV durch M45 die TLR2-, TLR4- und IL-1R-induzierte NF-κB-Aktivierung blockiert. Die Inhibition findet sowohl im Kontext der viralen Infektion als auch nach alleiniger Expression von M45 statt. M45 hemmt die NF-κB-Aktivierung durch Interaktion mit NEMO (NF-κB essential modulator), der regulatorischen Untereinheit des IκB-Kinase (IKK)-Komplexes, welcher nach Rezeptorstimulation für die Aktivierung von NF- κB verantwortlich ist. M45 induziert eine intrazelluläre Umverteilung von NEMO in Autophagosomen und die anschließende Degradation durch Lysosomen. Die katalytischen Untereinheiten des IKK-Komplexes, IKKα und IKKβ, werden ebenfalls auf M45-abhängige Weise abgebaut. M45 interagiert mit diesen allerdings nur indirekt über NEMO. Mithilfe von M45-Verkürzungsmutanten wurde gezeigt, dass ein großer Bereich des C-Terminus von M45 für die Interaktion mit NEMO und die Hemmung der NF-κB-Aktivierung essentiell ist, wohingegen ein Großteil des N-Terminus entbehrlich ist. Der in der vorliegenden Arbeit beschriebene Mechanismus – die lysosomale Degradation eines essentiellen Regulators des NF-κB-Signalweges – ist eine neu identifizierte, äußerst effiziente virale Strategie der Immunevasion. Es ist anzunehmen, dass neben MCMV weitere Viren auf diese Weise der Immunantwort des Wirtes entgegenwirken.

Transcription factor NF-κB plays a crucial role for the induction of the innate immune response. During viral infections NF-κB is activated as a result of virus detection by pattern recognition receptors such as the Toll-Like- Receptors (TLRs). The transcription factor subsequently induces the expression of numerous proinflammatory cytokines, chemokines and adhesion molecules, which initiate the immune response. Released cytokines such as interleukin (IL)-1β and tumor necrosis factor (TNF)-α can also activate NF-κB, thereby amplifying the initial cytokine production. Viruses have evolved different strategies to counteract the induction of the host immune response. Murine cytomegalovirus (MCMV), a representative of β-herpesviruses, interferes with different pathways of the innate immune response. In a previous study it was shown that MCMV inhibits by its protein M45 the activation of NF-κB after TNF receptor or TLR3 stimulation. Whether MCMV is also capable of blocking NF-κB activation after stimulation of other TLRs or cytokine receptors was yet unknown and hence was investigated through the present study. The results present here show for the first time that MCMV blocks TLR2, TLR4, and IL-1R induced NF-κB activation. Inhibition occurs in the context of viral infection as well as after ectopic expression of M45. M45 blocks NF-κB activation by interacting with NEMO (NF-κB essential modulator), the regulatory subunit of the IκB kinase (IKK) complex, which is responsible for NF-κB activation after receptor stimulation. M45 induces an intracellular redistribution of NEMO to autophagosomes and the subsequent degradation by lysosomes. Moreover, the catalytic subunits of the IKK complex, IKKα and IKKβ, are degraded in a M45 dependent manner. However, M45 interacts with these subunits only indirectly via NEMO. The analysis of M45 truncation mutants revealed that a large portion of the C-terminus of M45 is essential for the interaction with NEMO and the inhibition of NF-κB activation, whereas a large N-terminal portion is dispensable. The here described mechanism – the lysosomal degradation of an essential regulatory protein of the NF-κB pathway – is a newly identified, highly efficient viral immune evasion strategy. It can be assumed that besides MCMV other viruses use this strategy to counteract the host immune response.