IRF9: ein Wahlschalter für Interferon-vermittelte Immunität

Interferone (IFN) sind Peptidmediatoren (Cytokine) des Immunsystems. Typ I IFN (IFN-I) werden von den meisten oder sogar allen infizierten Zellen freigesetzt, während das IFN-gamma (IFN) von T Zellen oder den ontologisch verwandten NK und NKT Zellen im Zuge von Immunatworten gebildet wird. IFN-I sind vorwiegend antiviral Cytokine, wohingegen der wichtigste Beitrag des IFN die Funktion eines makrophagenaktivierenden Faktors ist. Makrophagen nehmen Mikroorganismen auf und töten sie ab. Um die antimikrobielle Aktivität der Makrophagen zu verstärken muss IFN intrazelluläre Signale erzeugen, welche das Genom reprogrammieren und somit zur Transkription einer Vielzahl von Genen de novo führen. Die korrespondierenden Genprodukte bewirken die Transition des ruhenden zum immunologisch aktivierten Makrophagen. Änderungen der zellulären Genexpression durch IFN werden durch Transkriptionsfaktoren der Familie der signal transducers and activators of transcription (STAT) bewirkt. In seinem kanonischen Signaltransduktionsweg bewirkt der IFN-I Rezeptorkomplex und die assoziierten Janus Protein-Tyrosinkinasen (Jaks) die Phosphorylierung und Bildung eines STAT1-STAT2 Heterodimers, welches sich mit dem interferon regulatory factor 9 (IRF9) zum Transkriptionsfaktor ISGF3 verbindet. Im Gegensatz hierzu führt IFN zur Bildung des gamma-interferon- activated factor (GAF), einem STAT1 Homodimer. Befunde in der neueren Literatur sprechen jedoch für einen Beitrag von nichtkanonischen STAT Komplexen zur transkriptionellen Antwort auf IFN Unsere eigenen Befunde befürworten eine wichtige Rolle des IRF9 in der Bildung nichtkanonischer Transkriptionsfaktoren. Die hier vorgeschlagenen Experimente sollen klären, wie nichtkanonische Komplexe Einfluss auf die Geninduktion durch IFN nehmen, welche Zielgene sie ansprechen und mit welchen (STAT) Proteinen sie dabei interagieren. Wir werden somit eine mechanistische Erklärung für den Einfluss des IRF9 vor allem auf die im kanonischen Signalweg IRF9-freie Antwort auf IFN finden. Weiterhin werden wir die antimikrobielle Antwort von IRF9-defizienten Makrophagen und Mäusen untersuchen. Ziel dieser Experimente ist die Klärung der Frage, welche Facette des komplexen Beitrags des IFNzur Immunantwort unter dem Einfluss von IRF9 steht. Die erhobenen Daten werden zu einem besseren Verständnis eines essentiellen immunologischen Mechanismus zur Bekämpfung von Infektionen beitragen.

Die erste Verteidigungslinie gegen Mikroorganismen erfordert die Aktivierung von Makrophagen zur Erhöhung ihrer mikrobiziden Eigenschaften. Dieser Vorgang wird durch IFN, einem Cytokin der Interferongruppe, bewirkt. Interferone (IFN) beinhalten die Typ I IFN (IFN-I, hauptsächlich IFNa and IFNb), IFNg oder Typ II IFN und IFNl oder Typ III IFN. Die unterschiedlichen IFN-Typen binden an jeweils eigene Zelloberflächenrezeptoren, die jedoch alle das zelluläre Transkriptom durch den Jak-STAT Signaltransduktionsweg umprogrammieren. Der gängigen Meinung zu Folge bilden die IFN-I und IFNg Rezeptoren mit ihren assoziierten Janus Kinasen (JAKs) aktive STAT1 und STAT2 Proteine, welche Heterodimere bilden und mit einer dritten Untereinheit, IRF9, assoziieren um somit den Transkriptionsfaktor ISGF3 zu bilden. Die ISGF3 Bindunggsstelle in den Promotoren von Zielgenen ist das ISRE. Im Gegensatz hierzu verursacht IFNg die ausschließliche Aktivierung des STAT1, welches homodimerisiert und somit den Transkriptionsfaktor GAF bildet. Die Promoterbildungsstelle für GAF ist eine als GAS bezeichnete DNA Sequenz. Unsere durch den FWF im Projekt P 30992-B28 geförderte Arbeit korrigiert und modifiziert das derzeitige Bild der IFN Signaltransduktion in wesentlichen Aspekten. Zunächst zeigen wir, dass Immunhomöostase eine niederschwellige Expression interferoninduzierbarer Gene beinhaltet, die durch einen STAT2/IRF9 Komplex bewerkstelligt wird. Dieser Komplex ist signalunabhängig präformiert und im Zellkern lokalisiert. Interferonbehandlung bewirkt einen Wechsel hin zur Genkontrolle durch den vollständigen ISGF3 Komplex, der sich an DNA bildet. Weiterhin ergaben unsere Studien, dass ISGF3 an der Antwort auf IFNg stark beteiligt ist. Dieser Befund revidiert das derzeitige Konzept der Signaltransduktion durch den IFNg Rezeptor. Wir belegten die Partizipation des ISGF3 mittels der Unfähigkeit IRF9-defizienter Zellen einen großen Teil der durch IFNg stimulierten Gene zu exprimieren; darüber hinaus bewirkte das IFNg die Assoziation eines vollständigen ISGF3 Komplexes mit Kontrollregionen interferoninduzierter Gene. In weiterführenden Experimenten überprüften wir die Bedeutung von STAT2/IRF9 oder des ISGF3 Komplexes bei der Bildung einer offenen Chromatinkonfiguration an interferoninduzierten Genen. In diesem Vorgang ist die Rolle des STAT2/IRF9 Komplexes unbedeutend, ISGF3 leistet jedoch einen Beitrag bei der Chromatinöffnung einer Vielzahl von Genen, darunter solche, deren Expression nicht durch IFN stimuliert wird. In Einklang mit den Expressionsdaten erstreckte sich diese ISGF3- Funktion sowohl auf die Genkontrolle durch Signale des IFN-I Rezeptors als auch durch Signale des IFNg Rezeptors. Zusammenfassend ermitteln unsere Daten die STAT2/IRF9 'light' Version des ISGF3 Komplexes als Instrument der Immunhomöostase und weisen auf eine bedeutende Rolle des vollständigen ISGF3 Komplexes als Regulator der durch IFNg-induzierten Gentranskription hin.