Jak-Stat Signalweg: Virus-Wirt-Interaktion

Interferone sind einer der wichtigsten Zytokine für die Bekämpfung viraler und mikrobieller Infektionen. Intrazellulär wird das Signal durch den Jak-Stat Signalweg übermittelt, der auch in die Antwort auf viele andere Zytokine und manche Wachstumsfaktoren involviert ist. Hauptkomponenten dieses Signalweges sind Rezeptor- assoziierte Tyrosin-Kinasen, die Jaks, und Signal-aktivierte Transkriptionsfaktoren, die Stats. Obwohl die Analyse von knock-out Mäusen, denen einzelne Komponenten des Jak-Stat Signalweges fehlen, deren essentielle Rolle in der Pathogenbekämpfung des Wirtes bewiesen haben, ist der molekulare Mechanismus, durch den die individuellen Komponenten beitragen, noch unklar. Ziel dieses Projektes ist die in vitro Charakterisierung der relativen Beiträge der einzelnen Jak-Stat Proteine zur antiviralen Antwort des Wirtes und deren Spezifität. Um dies zu erreichen, werden wir stabile in vitro Systeme für die verschiedenen knock-out Zellen etablieren. Immortalisierte Zellen werden mit dem entsprechenden Protein induzierbar komplementiert, wodurch erstmals ein System zur Analyse von Dosis- und Zeit-abhängigen Funktionen der Jaks und Stats zur Verfügung steht. Im Speziellen, werden wir uns auf die Funktion von Tyk2, Stat1 und Stat3 bei Infektion mit einer Reihe verschiedener Viren mit unterschiedlichen Replikationsstrategien konzentrieren. Die Immunität bzw. Sensitivität der Wirtszellen wird auf zwei Ebenen untersucht werden. Einerseits wird das Viruswachstum detailiert analysiert, wobei die Schritte des viralen Zyklus identifiziert werden sollen, die durch die antivirale Antwort des Wirtes beeinflusst werden. Andererseits wird die Atwort des Wirtes genauer untersucht, indem sowohl Virus-induzierte Gen-Induktion als auch Zytokin-Expressionen charakterisiert werden. Im Zuge dieses Projektes wird erstmals eine umfassende und vergleichende Analyse der Rolle von Tyk2, Stat3 und Stat1 für die Immunität gegen Virusinfektionen durchgeführt.

Der Jak-Stat (Janus Kinase - Signal Transducer and Activator of Transcription) Signalweg ist eine Signaltransduktionskaskade, die es Zellen ermöglicht auf extrazelluläre Botenstoffe mit einer entsprechenden Umprogrammierung der Genexpression zu reagieren. Viele dieser Botenstoffe (z.b. Cytokine) sind essentiell für die Reaktion des Wirtes auf Infektionen mit Pathogenen und die dadurch induzierten Abwehrreaktionen. Basierend auf diesen essentiellen Funktionen führt ein Fehlen des Jak-Stat Signalweges zu erhöhter Empfindlichkeit gegen die meistet viralen und bakteriellen Infektionen. Ziel des Projektes war es, die spezifische Rolle individueller Komponenten des Jak-Stat Signalweges in der antiviralen Antwort der Wirtszellen zu analysieren. Wir konnten zeigen, dass die Janus Kinase Tyk2 essentiell für die Kontrolle einer Infektion mit Murinem Cytomegalovirus (MCMV) in vitro und in vivo ist. Interessanterweise zeigte sich, dass Tyk2 Zelltyp-spezifisch benötigt wird, was auf einen fundamentalen Unterschied in der antiviralen Antwort in den analysierten Zelltypen hinweist. Eine ähnliche Zelltypspezifität konnte auch bei Infektionen mit Vesikulärem Stomatitis Virus (VSV) nachgewiesen werden. Innerhalb dieser Studien wurde desweiteren eine bis jetzt unbekannte modifizierende Rolle für Tyk2 auf die transkriptionelle Regulation der Wirtszelle nach MCMV Infektion identifiziert. Die molekularen Ursachen für diese spezifischen Funktionen von Tyk2 werden in weiterer Folge untersucht. Zusammenfassend tragen die Ergebnisse aus diesem Projekt einerseits zu dem Enstehen eines breiteren Bildes über die vielseitigen Rollen von Tyk2 in der Immunantwort des Wirtes und andererseits zu einem besseren Verständnis der komplexen Voraussetzungen für eine effiziente Verteidigung gegen virale Infektionen und deren Spezifitäten bei.