Untersuchung von natürlichen Killer-Lymphozyten, die durch das Vacciniavirus transkriptionell reprogrammiert wurden
In einer kürzlich veröffentlichten Studie bioRxiv* Preprint-Server, Forscher bewerteten die Reaktionen von natürlichen Killer (NK)-Lymphozyten auf VACV (Vaccinia Virus)-Infektionen in vivo.
Studien haben berichtet, dass NK-Lymphozyten eine entscheidende Rolle bei der Bekämpfung von Pockenvirusinfektionen spielen. Daher besteht ein wachsendes wissenschaftliches Interesse daran, ihre Fähigkeiten in Bezug auf Pockenvirus-basierte onkolytische Therapien und Impfungen zu nutzen. Allerdings sind die Daten über die Mechanismen der NK-Zellaktivierung, Rezeptoren, die an der Erkennung von VACV-infizierten Lymphozyten beteiligt sind, und die Möglichkeiten der Reprogrammierung von NK-Lymphozyten als Folge von VACV-Infektionen begrenzt.
Über das Studium
In der vorliegenden Studie bewerteten die Forscher der University of Cambridge, UK, und des Fred Hutchinson Cancer Center, USA, Veränderungen in NK-Lymphozyten-Transkriptomen bei Mäusen aufgrund einer intranasalen Infektion mit dem VACV WR (Western Reserve)-Stamm.
Anschließend wurden die Veränderungen mit identischen NK-Lymphozyten-Transkriptomdaten von mit modifiziertem Vaccinia Ankara (MVA) infizierten Menschen und mit Cytomegalovirus (mCMV) infizierten C57BL/6-Mäusen verglichen. Darüber hinaus wurden die Transkriptionsprofile von NK-Lymphozyten mit der durch Durchflusszytometrie bestimmten Zelloberflächenmolekülhäufigkeit verglichen. Fluoreszenz-aktivierte Zellsortierungsanalyse (FACS) und Lymphozyten-Isolierungsexperimente wurden durchgeführt.
Aus NK-Lymphozyten extrahierte Ribonukleinsäure (RNA) wurde einer Bulk-RNA-Sequenzierungsanalyse (RNAseq) unterzogen. Zur Bewertung biologischer Signalwege, die von VACV-Infektionen in NK-Lymphozyten betroffen sind, wurden differenziell exprimierte Gene (DEG) zwischen den Proben von VACV-infizierten Mäusen und Scheintieren durch Bioprozess-Genontologie-Anreicherungsanalyse analysiert.
Für das intranasal verabreichte Mäusemodell wurden die Tiere anästhesiert und mit 5,0 × 10 3 PFU (Plaque-bildenden Einheiten) des VACV WR-Stamms für primäre VACV-Infektionen oder 10 5 PFU für die Post-VACV-Impfung infiziert oder es wurden ihnen Kontrollinjektionen verabreicht. Für das intradermal verabreichte murine Infektionsmodell wurden die Tiere intradermal mit 10³ PFU des VACV WR-Stammes infiziert. Zusätzlich wurden Plaque-Assays durchgeführt, um VACV-Titer in BSC-1-Zellen (African Green Monkey-Zelllinie) zu bestätigen.
Achtundzwanzig Tage nach der intradermalen VACV-Infektion wurden Blut- und Milzproben von Mäusen erhalten. Milzgewebe wurden für die Isolierung von NK oder Cluster of Differentiation 8+ (CD8+) T-Lymphozyten verwendet. Den Schwanzschleier von Empfänger-Maustieren wurden intravenös NK-Lymphozyten, CD8+ T-Lymphozyten oder Suspensionen von Splenozyten injiziert, und die Mäuse wurden nach einem Tag intranasal mit 10 5 PFU VACV WR herausgefordert. Die Tiere wurden regelmäßig gewogen und bis zu 14 Tage nach der VACV-Exposition auf Anzeichen der Krankheit beobachtet.
Ergebnisse
Bei VACV-infizierten Mäusen wurden in Übereinstimmung mit der direkten Erkennung von Zielzellen und der Exposition gegenüber Zytokinen und Interferonen breite Veränderungen in der Aktivität von NK-Lymphozyten-Transkripten beobachtet. Darüber hinaus stellte das Team Veränderungen in der Expression bestimmter NKRs (NK-Oberflächenrezeptoren) fest, wie z. B. der Rezeptoren der SLAM- und Ly49-Familie, und eine gedächtnisassoziierte NK-Marker-Hochregulierung. Die adoptive Übertragung von NK-Gedächtniszellen verlieh keinen Immunschutz gegen Reinfektionen. Ein Vergleich der Ergebnisse mit NK-Lymphozytenantworten auf murine Cytomegalovirus (mCMV)-Infektionen zeigte gemeinsame Merkmale und unterschiedliche VACV-induzierte NK-Transkriptionsaktivität. Eine Überlappung zwischen NK-Transkriptionsantworten bei Menschen, denen attenuierte VACV-Impfstoffe verabreicht wurden, und MVA wurde beobachtet, was auf konservierte NK-Lymphozytenantworten bei verschiedenen Wirten hinweist. VACV-induzierte Aktivierung, Expansion und Reifung von NK-Lymphozyten mit gleichzeitigen Änderungen der Massentranskriptionsprogramme und der Expression von Gedächtnismarkern.
Die Anzahl der NK-Zellen stieg 6,5 Tage nach der Infektion (dpi) an, und es wurde eine bevorzugte Expansion der Untergruppen CD27+CD11b- und CD27+CD11b+ beobachtet. Die DEG-Analyse (differenziell exprimierte Gene) zwischen VACV-infizierten und Scheinproben bei 1,5 dpi bzw. 6,5 dpi zeigte 70 Transkripte und 3280 Transkripte mit signifikanten Veränderungen. Der Vergleich von Paaren von VAC-infizierten Proben und Scheinproben zeigte 4045 bzw. 140 signifikant veränderte Transkripte.
DEGs in VACV-infizierten murinen Tieren bei 1,5 dpi konnten nicht von Hintergrundgeräuschen unterschieden werden, wohingegen diejenigen, die in infizierten Tieren bei 6,5 dpi identifiziert wurden, sich biologisch in ihren Antworten auf VACV-Infektionen unterschieden. NK-Lymphozyten nahmen Effektorwege in Anspruch und zeigten aktive Abwehrphänotypen, die aus VACV-Infektionen resultieren. NK-Lymphozyten erkannten nicht nur abnormale Proteinexpressionsmuster an der Oberfläche von VACV-infizierten Zellen in vivo, sondern auch die Interferone und Zytokine, die an der Aktivierung von NK-Lymphozyten beteiligt sind.
Eine Hochregulierung der Expression von Ly108 d CD319 wurde in NK-Lymphozyten als Reaktion auf VACV-Infektionen beobachtet. Die Rezeptoren vermittelten höchstwahrscheinlich die NK-Aktivierungsfunktion durch gleichzeitige Expression mit NK-aktivierenden Adaptermolekülen. Während akuter VACV-Infektionen zeigten die NK-Lymphozyten der Milz eine beträchtliche Hochregulierung von NK-Lymphozyten-Gedächtnis-assoziierten Markern.
NK-Lymphozyten von Mäusen und Menschen teilten eine transkriptomische Signatur als Reaktion auf VACV-Infektionen oder -Impfungen, die signifikant mit der direkten Identifizierung von VACV-infizierten Zellpopulationen assoziiert ist. NKR-Transkripte wie tigit, gbp49a/b, klrg1, cd69, crtam, lag3, thy1, klrb1b, cd160 und lair1 waren signifikant hochreguliert, während klra9 und klrc2 signifikant herunterreguliert waren.
Insgesamt lieferten die Studienergebnisse neue Informationen über die Aktivierung, Funktionen und Homöostase von NK-Lymphozyten während VACV-Infektionen, die Auswirkungen auf die Entwicklung von Therapeutika auf VACV-Basis haben könnten. Ein Vergleich mit NK-Transkriptionsreaktionen auf MVA-Impfungen bei Menschen und der Reaktion auf verschiedene Viren, einschließlich mCMV, zeigte konservierte Merkmale der NK-Transkriptionsreprogrammierung in Bezug auf Infektionen oder Impfungen.
*Wichtiger Hinweis
bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Fachleuten begutachtet wurden und daher nicht als abschließend angesehen werden sollten, die klinische Praxis/das gesundheitsbezogene Verhalten leiten oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.
Referenz:
- Die transkriptionelle Reprogrammierung natürlicher Killerzellen durch das Vacciniavirus zeigt bei mCMV sowohl ausgeprägte als auch konservierte Merkmale. Delphine M. Depierreux, Geoffrey L. Smith, Brian J. Ferguson. bioRxiv Preprint 2022, DOI: https://doi.org/10.1101/2022.11.10.516015, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.10.516015v1
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