Long non-coding RNAs involved in myeloid cell differentiation and macrophage activation

Das menschliche Genom kodiert für ~ 20.000 lange nicht-kodierende RNAs (lncRNAs), ihre molekularen Funktionen, insbesondere im Immunsystem, sind jedoch weitgehend unbekannt. In dieser Studie wurden zwei Hauptaspekte untersucht: die Beteiligung von lncRNAs an der Differenzierung myeloischer Immunzellen und deren Beteiligung an der entzündungsfördernden Aktivierung menschlicher Makrophagen. In Bezug auf den ersten Aspekt dieser Studie wurden RNA-Sequenzierdaten von verschiedenen Immunzellpopulationen analysiert. Diese Daten zeigten, dass lncRNAs und Protein-kodierende Transkripte die Identität von Immunzellen gleichermaßen spezifizieren. Klassischerweise werden die Leukozyten-Populationen anhand von Oberflächenrezeptoren unterschieden, welche als spezifische Marker dienen. In dieser Studie wurde die nicht-kodierende RNA LINC00211 als spezifischer Marker für die myeloide Abstammung von Immunzellen identifiziert. Die funktionelle Charakterisierung zeigte, dass diese lncRNA die Expression mehrerer Gene reguliert, einschließlich CHI3L1 und S100A9, welche eine Rolle in der Differenzierung myeloider Zellen spielen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass LINC00211 durch PU.1, einen Transkriptionsfaktor mit essentiellen Funktionen in der Immunzellentwicklung, reguliert wird. Darüber hinaus konnte LINC00211 als Biomarker für Lungenentzündungen charakterisiert werden, da in bronchoalveolarer Spülflüssigkeit von infizierten Personen und in Lungenextrakten von IPF-Patienten eine hohe Expression beobachtet wurde, die mit dem Grad der Neutrophileninfiltration korreliert. Um die Beteiligung von lncRNAs an der entzündungsfördernden Aktivierung menschlicher Makrophagen zu untersuchen, wurden RNA-Sequenzierungen durchgeführt und mehrere differentiell exprimierte lncRNAs in ruhenden und immunaktivierten menschlichen Makrophagen identifiziert. Darüber hinaus wurde ein mehrdimensionaler Ansatz entwickelt, um humane lncRNAs nach ihrer subzellulären Lokalisation und Co-Sedimentation mit zellulären Proteinkomplexen in Makrophagen zu kategorisieren. Diese Daten zeigten, dass lncRNAs eine sehr heterogene Klasse von RNAs darstellen, die mit verschiedenen zellulären Komponenten, einschließlich Ribosomen, co-sedimentiert. Anhand dieser Daten wurde lncRNA MaIL1 als hoch immunreaktive, zytosolische und nicht Ribosomen-gebundene intergenische lncRNA (lincRNA) identifiziert. Die funktionellen Analysen assoziierten MaIL1 mit der Typ I Interferonproduktion nach Toll-like-Receptor (TLR) Aktivierung. RNA-Antisense-Aufreinigung und Massenspektrometrie (RAP-MS) zeigten, dass MaIL1 mit Optineurin interagiert, einem Protein, dass bekanntermaßen für die Signalübertragung innerhalb des TBK1-IRF3-Signalweges erforderlich ist, und dadurch die Typ I Interferonproduktion steuert. Insbesondere reguliert MaIL1 die Optineurin-Ubiquitinierung, eine Modifikation, die für die Optineurin-Funktion wesentlich ist. Ein Knockdown von MaIL1 beeinträchtigte die durch den Optineurin-TBK1 Komplex vermittelte IRF3-Phosphorylierung und somit die Typ I Interferonproduktion. Darüber hinaus erwies sich MaIL1 als essentiell für die Abwehr von Legionella pneumophila, einem gramnegativen Bakterium, das sich im menschlichen Wirt vorwiegend in Alveolarmakrophagen repliziert und Lungenentzündung verursacht. Darüber hinaus waren die MaIL1-Spiegel während Lungeninfektionen erhöht und korrelierten linear mit den IFNβ-mRNA-Spiegeln in humaner bronchoalveolarer Lavage. In der vorliegenden Arbeit wird MaIL1 daher als kritischer Regulator von TLR-induzierten IFN-Reaktionen auf Infektionen identifiziert. Zusammenfassend liefern beide Studien detaillierte neue Informationen über die Funktion von lncRNAs in myeloischen Immunzellen und etablieren eine umfangreiche Ressource, sowie Leitfäden für zukünftige Untersuchungen zu lncRNAs im humanen Immunsystem.