The effect of pattern recognition receptor RIG-I variant expression during mammalian- or avian-adapted influenza A infection and adaptation in the mouse.

Das Influenza A Virus ist über die gesamte Welt verbreitet und hat jährlich einen beträchtlichen negativen Einfluss auf die Gesundheit der Bevölkerung und die Wirtschaft. Die sogenannte Grippe, eine Infektionskrankheit, ist vor allem gefährlich, wenn sie mit Sekundärerkrankungen einhergeht. Diese können vor allem für Kinder und immungeschwächte Menschen lebensbedrohlich werden. Durch die jährlich angepasste Grippeschutzimpfung existiert heutzutage eine effektive Präventionsstrategie. Ein wichtiger so genannter pattern recognition receptor des angeborenen Immunsystems ist RIG-I. Nach dem Binden an einen seiner Liganden, zum Beispiel die Panhandle Struktur der RNAs des Influenza A Virus, kann RIG-I sowohl die Expression der Typ 1 Interferone als auch von Interleukin-1β induzieren. Außerdem stellt das Binden von RIG-I an die Panhandle Struktur der RNA einen kompetitiven Hemmmechanismus für die virale Polymerase dar, da die Bindung blockiert und Transkription und Translation der viralen RNAs negativ beeinträchtigt werden. Ein solcher Effekt wurde erstmals von Friedemann Weber im Jahr 2015 in in vitro Versuchen nachgewiesen. Das Ziel dieser Studie war herauszufinden, in welchem Maße die einzelnen Funktionen des RIG-I in vivo zu seinem antiviralen Gesamtpotenzial beitragen. Außerdem sollten weitere Erkenntnisse über den blockierenden Effekt des RIG-I gewonnen werden. Dafür war geplant, eine Mauslinie mit einer Signaling-inkompetenten RIG-I Variante und eine weitere mit einem RIG-I knockout zu generieren. Für die Infektionen sollten zwei rekombinante Influenzastämme erzeugt werden, von denen der Erste eine genetische Anpassung an einen Säugerwirt und der Zweite eine Anpassung an einen Vogelwirt besitzt (Polymerase Untereinheit 2 Codon 627K und 627E). Im Anschluss sollten die Viren verwendet werden, um eine Influenzainfektion in Mäusen der etablierten Linien zu induzieren. Durch die Untersuchung des Effektes der Expression der RIG-I-Varianten auf Parameter wie Gewichtsverlust, Virustiter in der Lunge, Abnahme der Barriereintegrität des Lungenepithels und die veränderte Expression der Interferone und verschiedener Zytokine in Folge der Influenza A Infektionen sollten neue Einblicke in die antivirale Wirkungsweise von RIG-I gewonnen werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die RIG-I-spezifische Stimulation von in vitro differenzierten Makrophagen aus Wildtyp RIG-I Mäusen eine starke Induktion von Interferon-α nach sich zieht, was bei den genetisch veränderten Mäusen nicht der Fall ist. Dies zeigt, dass im Rahmen dieses Projektes eine funktionale und unbelastete Mauslinie mit Signaling-defizientem RIG-I oder RIG-I knockout erfolgreich etabliert werden konnte. Während es gelang, einen rekombinanten Influenza A Stamm mit einer säugeradaptierten Polymerase-Variante zu erzeugen, war die Erzeugung einer an einen Vogelwirt angepassten Variante in Säugetierzellen nicht möglich. Jedoch konnte eine erfolgreiche Vermehrung beider Stämme in der DF-1 Hühnerzelllinie erreicht werden. Dabei zeigten beide Stämme vergleichbare Qualitätsmerkmale und waren im Hinblick auf die spezifisch eingefügten genetischen Veränderungen über mehrere Passagen in verschiedenen Zelllinien stabil. Die Infektion von Mäusen der verschiedenen Linien mit den generierten Influenzastämmen führte zu einer signifikanten Veränderung verschiedener Parameter, die zum Nachweis der Infektion untersucht wurden. Weiterhin zeigten sich Veränderungen im Signaling des angeborenen Immunsystems. Jedoch zeigte sich auch, dass die Expression der verschiedenen RIG-I Varianten eine sehr geringe Auswirkung auf die beobachteten Effekte hat. Auf der anderen Seite liefern die gewonnenen Daten einen Hinweis für eine noch nicht genauer beschriebene Interaktion zwischen RIG-I und dem Interferon-γ Signalweg. Weiterhin legen die Ergebnisse nahe, dass die antiviralen Funktionen des RIG-I sehr stark durch das virale Nonstructural protein 1 und die an Säuger angepasste Variante der Polymerase unterdrückt werden. Die Überprüfung der genetischen Stabilität des vogeladaptierten Influenzastammes zeigte, dass eine starke Rückmutation zur originalen Säugeradaption über den Zeitraum der Infektion der Mäuse stattfindet. Dabei ist die Rate der Rückmutation signifikant vom Zeitpunkt nach der Infektion und tendenziell von der Expression der jeweiligen RIG-I Variante abhängig. Diese Daten lassen den Schluss zu, dass sowohl das RIG-I vermittelte Signaling als auch seine blockierende Funktion einen selektiven Druck auf das Codon 627 der Influenza A Polymerase Untereinheit 2 ausüben. Diese Schlussfolgerung wird zusätzlich durch die Ergebnisse eines in vitro durchgeführten kompetitiven Infektionsexperimentes gestützt. Hierbei zeigt sich bei der gleichzeitigen Infektion mit beiden Virusvarianten ebenfalls ein RIG-I abhängiger Replikationsvorteil des Virusstammes mit der Säugeradaption. Zusammenfassend liefern die Ergebnisse dieser Studie tiefe Einblicke in die komplexe Interaktion zwischen RIG-I und dem Influenza A Virus. Die Daten zeigen, dass die Präsenz dieses Rezeptors des angeborenen Immunsystems die Adaption der an aviäre Systeme angepassten Polymerase-Varianten in infizierten Säugerwirten erzwingt. Außerdem liefert die Studie wichtige Daten, die den antiviral wirkenden, blockierenden Effekt des RIG-I bestätigen, sowie zahlreiche Hinweise darauf, dass zumindest die verwendeten PR/8 Influenzastämme mit dem Nonstructural protein 1 und einer säugerangepassten Variante der Polymerase über zwei sehr potente Mechanismen verfügen, um die Funktionen des RIG-I zu blockieren. Den Hinweisen darauf, dass RIG-I den Interferon-γ Signalweg aktiviert, könnte in einer zukünftigen Studie nachgegangen werden. Diese Interaktion ist in der Literatur nicht detailliert beschrieben, sollte aber von großem Interesse sein, da sie eine Verbindung zwischen zwei wichtigen Komponenten des angeborenen Immunsystems darstellt.