Die Rolle des Immunoproteasoms bei der Expressionskontrolle von Pentraxin3

Abstract

Das Proteasom, eine zelluläre Protease, degradiert an Ubiquitin gekoppelte Proteine und ist essenziell für den zellulären Metabolismus und die Regulation intrazellulärer Signalwege. In Immunzellen und unter Einfluss inflammatorischer Zytokine wird anstelle eines Standardproteasoms eine spezielle Isoform, das Immunoproteasom, gebildet. In vorherigen Arbeiten am Mausmodell der CoxsackievirusB3 (CVB3)-induzierten Myokarditis konnte gezeigt werden, dass das Immunoproteasom den Untergang von Herzmuskelgewebe und die Apoptose von Kardiomyozyten begrenzt. In dieser Arbeit wurde die Bedeutung von Pentraxin3 (PTX3), einem immunregulatorischen Pattern-Recognition Receptor, für die virale Myokarditis im Mausmodell untersucht. Während der akuten Myokarditis wurde PTX3 vor allem durch Makrophagen gebildet. PTX3 ist ein bekanntes Opsonin für diverse Pathogene, zeigte aber keine Interaktion mit CVB3 und hatte keinen Einfluss auf die Virusreplikation oder Viruslast. Eine kompetente PTX3-Bildung in Mäusen führte zu einer verminderten Apoptose im entzündeten Herzgewebe. Als potenzielles Bindeglied einer Immunoproteasom- vermittelten adäquaten Entzündungsantwort und eines begrenzten Zelluntergangs im Rahmen der Myokarditis wurde die Regulation der PTX3-Expression untersucht. In vivo führte die proteolytische Aktivität des Immunoproteasoms zu einer erhöhten PTX3-Expression im entzündeten Herzen. In vitro-Experimente mit Makrophagen bestätigten die Bedeutung der katalytischen Aktivität von LMP7 für die Transkriptionskontrolle des PTX3-Gens. Als mögliche Funktion des Immunoproteasoms wurde dabei eine verstärkte Phosphorylierung der MAP-Kinasen p38 und ERK1/2 gefunden, welche für die TLR4-abhängige Induktion der PTX3-Expression eine Rolle spielten. Diese Arbeit stellt einen möglichen Regulationsmechanismus des Immunoproteasoms auf den Verlauf der viralen Myokarditis dar. Die katalytische Aktivität der Immunountereinheit LMP7 verstärkt die Phosphorylierung von p38 und ERK1/2, welche an der induzierbaren PTX3-Expression in Makrophagen beteiligt sind. Bei der akuten Myokarditis sind das Fehlen des intakten Immunoproteasoms mit einer reduzierten lokalen PTX3-Expression und eine PTX3-Defizienz mit einem größeren Gewebeschaden assoziiert.

The proteasome is a protease that degrades ubiquitin-tagged proteins. It is essential for maintaining cellular processes and regulating signaling pathways. In hematopoietic cells and upon exposure to inflammatory cytokines standard-proteasomes are replaced by a specific isoform, the so-called immunoproteasome. Our group reported previously on its functional role in preventing an excessive inflammation and cardiomyocyte death in a mouse model of CVB3-myocarditis. Here we examined the contribution of the soluble pattern recognition receptor Pentraxin3 (PTX3) to the anti-inflammatory effects. PTX3 shows an interstitial distribution at sites of inflammation with macrophages being the main source. Although PTX3 is known for opsonization of various pathogens, we failed to show a binding between PTX3 and CVB3. However an intact PTX3 production restricts apoptotic cell death in inflammatory lesions. Next we investigated expression control of PTX3 as candidate of an immunoproteasome-mediated appropriate inflammatory stress response during viral myocarditis. In vivo catalytic activity of the immunoproteasome showed to be crucial for cardiac PTX3 expression during acute myocarditis. In cell- cultured macrophages the catalytic activity of the LMP7 subunit was important for PTX3 transcription control. In an effort to analyze signaling pathways that are involved in PTX3 induction, we found an increased phosphorylation of p38 and ERK1/2 mitogen-activated protein kinases in the presence of intact immunoproteasomes. Both p38 and ERK1/2 showed a functional role in inducible PTX3 expression in macrophages. Our findings reveal a potential regulatory mechanism of immunoproteasome function to control the course of viral myocarditis. The catalytic activity of the immunoproteasome subunit LMP7 affects phosphorylation of p38 and ERK1/2 MAP kinases that are involved in PTX3 expression control. Ablation of intact immunoproteasomes reduces local PTX3 synthesis and PTX3-deficiency promotes heart tissue inflammation in the model of viral myocarditis.