Type I interferon stimulation of lymphocytes

Abstract

Die Frühphase von Virusinfektionen ist gekennzeichnet durch starke Typ I Interferon (Typ I IFN)-Antworten und geht häufig vor Einsetzen der humoralen und zellulären Immunität mit einer transienten Verringerung der Lymphozytenzahlen im Blut, einer sogenannten Lymphopenie, einher. Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung des direkten Effekts, den Typ I IFN-Stimulation von Lymphozyten auf die frühe Lymphopenie sowie auf die Entstehung von Antikörperantworten in späteren Infektionsstadien ausübt. Nach Infektion mit dem Virus der Stomatitis vesicularis (VSV) oder Behandlung mit poly(I:C) und R-848, zwei Agonisten für Toll-ähnliche Rezeptoren, war die Lymphopenie von Signalvermittlung durch den Typ I IFN-Rezeptor (IFNAR) abhängig. Mit Hilfe knochenmarksrekonstituierter Mäuse konnten strahlungsresistente Zellen wie Stroma und Endothel als Zielgewebe für Typ I IFN-Stimulation zur Auslösung von Lymphopenie ausgeschlossen werden. Anstelle dessen zeigten Experimente mit adoptivem Transfer sowie die Untersuchung gewebespezifisch genveränderter Mäuse mit B- oder T-Zell-spezifischer Ausschaltung des IFNAR, dass Typ I IFN einen direkten Effekt auf Lymphozyten ausübt, der zur Induktion von Lymphopenie notwendig und auch größtenteils ausreichend war. Die Untersuchung des molekularen Mechanismus ergab, dass Lymphopenie hauptsächlich unbeeinflußt von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) und Chemokinen abläuft. Weiterhin zeigte sich, dass B-Zellen, nicht aber T-Zellen, partiell in der Milz, nicht aber in anderen Organen akkumulierten. Nach intravenöser und intranasaler Infektion mit VSV waren neutralisierende Antikörperantworten nicht von Typ I IFN-Stimulation der B-Zellen abhängig. Hingegen induzierte die Impfung mit rekombinanten virusähnlichen Partikeln (VLPs), die das VSV-Glykoprotein (VSV-G) enthalten, IFNAR-unabhängige IgM-Antworten, wohingegen der Immunglobulin (Ig)-Klassenwechsel zu IgG eine vollständige Abhängigkeit von Typ I IFN-Wirkungen zeigte, die partiell auf Typ I IFN-Stimulation von B-Zellen beruhten. Insofern benötigte VSV-Lebendvirus mit repetitiven VSV-G-Determinanten in hochstrukturierter parakristalliner Form keine Typ I IFN-Stimulation von B-Zellen zur Induktion neutralisierender IgM- und IgG-Antworten. Im Gegensatz dazu riefen replikationsdefiziente VLPs mit regelmäßig angeordnetem VSV-G eine IFNAR-unabhängige IgM-Produktion hervor, während der Wechsel zu IgG IFNAR-abhängig war. Zusammengenommen zeigen die Daten neuartige Wirkungen der Typ I IFN-Stimulation von Lymphozyten, welche die Lymphozytenverteilung tiefgreifend beeinflussen und den Ig-Klassenwechsel gegenüber weniger immunogenen Antigenen wie VLPs ermöglichen. Early viral infection elicits potent type I IFN responses and is often associated with lymphopenia, a transient reduction of blood lymphocyte counts, long before the onset of humoral and cellular immunity. We have investigated the direct effect of type I IFN stimulation of lymphocytes on early lymphopenia and on the generation of antibody responses at later stages of infection. Lymphopenia induced by infection with vesicular stomatitis virus (VSV) or treatment with the Toll-like receptor agonists poly(I:C) and R-848 was critically dependent on type I interferon receptor (IFNAR)-signalling. Using bone marrow-chimeric mice, radio-resistant cells, such as stroma and endothelium, could be excluded as type I interferon targets for the induction of lymphopenia. Instead, adoptive transfer experiments and studies in conditionally gene-targeted mice with a B or T cell-specific IFNAR deletion demonstrated that type I IFN exerted a direct effect on lymphocytes that was necessary and largely sufficient to induce lymphopenia. The investigation of the molecular mechanism revealed that lymphopenia was mainly independent of G protein-coupled receptors (GPCRs) and chemokines. Homing studies performed by FACS and laser scan microscopy showed that B cells, but not T cells, partially accumulated in spleen, but not in other organs. Furthermore, we found that neutralising antibody responses following intravenous or intranasal infection with live VSV were not affected by type I IFN responsiveness of B cells. However, vaccination with recombinant virus-like particles (VLPs) containing the glycoprotein of VSV (VSV-G) induced IFNAR-independent IgM responses, whereas the immunoglobulin (Ig) switch to IgG was fully dependent on type I IFN responsiveness and partially dependent on the IFNAR-signalling in B cells. Thus, live VSV expressing repetitive VSV-G determinants in a highly ordered paracrystalline manner did not require type I IFN stimulation on B cells to induce neutralising IgM and IgG responses. In contrast, replication-deficient VLPs displaying VSV-G in a well-organised fashion induced IFNAR-independent IgM, whereas the switch to IgG was IFNAR-dependent. In conclusion, these observations identify new effects of type I IFN stimulation of lymphocytes that profoundly affect lymphocyte redistribution and promote Ig switch towards less immunogenic antigens such as VLPs.