Induction of HO-1 on endothelial cells via PI3K signaling pathway by anti-NS1 antibodies in dengue virus infected patients

Abstract

Dengue haemorrhagic fever (DHF) is characterized by thrombocytopenia,increased vascular permeability and haemorrhage. The antibody against NS1 ofthe dengue virus seems to play a role in the pathogenesis of dengue virusdisease due to its cross-reaction with endothelial cells. Recently, it has beendemonstrated that anti-NS1 antibodies induced endothelial cells to undergo cellapoptosis. However, the exact mechanism underlying this antibody-mediated cellapoptosis is not well-known.In this study, the influence of anti-NS1 antibodies of DHF patients on theregulation of HO-1 in HUVEC was investigated. Sera derived from DHF patientswith or without anti-NS1 antibodies were analyzed. Incubation of HUVEC withpurified anti-NS1 antibodies from dengue virus infected patients caused HO-1upregulation in a time and dose manner which was attenuated by the NS1antigen. This upregulation was not observed with IgG from patients without NS1antibodies. Furthermore, reduction of HO-1 was observed, when HUVEC werepretreated with pI3K pathway inhibitors (LY294002 and wortmannin) prior tostimulation with anti-NS1 antibodies. In contrast, no inhibition was detectablewith p38 MAPK inhibitors (SB203580). These results indicate that the pI3Ksignaling pathway plays a major regulatory role for the induction of HO-1 by anti-NS1.In addition, stimulation of HUVEC with anti-NS1 antibodies induced theproduction of ROS, induced endothelial cell apoptosis, and increased cellpermeability. These mechanisms probably contribute to the pathomechanism ofvascular leakage and haemorrhage, which is often clinically observed in denguefever patients.Protein disulfide isomerase (PDI) was found expressed on the endothelialsurface as a target antigen for anti-NS1 antibodies by the use ofimmunoprecipitation approaches and flow cytometry analysis.Taken together, this study indicates that anti-NS1 antibodies bind to endothelialcells via PDI as a surface target protein. This interaction leads to production ofROS which can induce cell apoptosis and disturbance of endothelial cellpermeability. On the other hand, ROS initiates the induction of the anti-apoptoticgene HO-1 via the pI3K signalling pathway. Thus, the balance between ROS(apoptotic) and HO-1 (anti-apoptotic) production induced by anti-NS1 antibodiesmay have significance as the cause of vascular leakage in some DHF patients. Das Dengue Hämorrhagische Fieber (DHF) geht mit Thrombozytopenie,erhöhter Gefäßpermeabilität und Blutungen einher. Der Antikörper gegen dasNicht-Struktur-Protein NS1 des Dengue Virus scheint in der Pathogenese derErkrankung eine Rolle aufgrund seiner Kreuzreaktion mit Endothelzellen zuspielen. Kürzlich wurde gezeigt, dass anti-NS1 in Endothelzellen Apoptoseveranlasst. Der genaue Mechanismus hierfür ist jedoch nicht bekannt.In dieser Studie untersuchten wir den Einfluss von NS1-Antikörpern von DHFPatientenauf die Regulierung von HO-1 in HUVEC in vitro. Die Inkubation vonHUVEC mit gereinigtem anti-NS1-IgG verursachte einen dosisabhängigenAnstieg von HO-1, der mit IgG von Patienten ohne NS1-Antikörper nichtbeobachtet wurde. Dagegen wurde eine Abnahme von HO-1 beobachtet, wenndie PI3K-Signalkaskade-Inhibitoren LY294002 oder Wortmannin vor derBehandlung mit anti-NS1 verabreicht wurden. Im Gegensatz dazu war einsolcher Effekt nicht mit dem p38 MAPK-Inhibitor SB203580 feststellbar. DieseErgebnisse zeigen die Beteiligung von PI3K an der Signalkaskade des anti-NS1-vermittelten HO-1-Anstiegs.Zusätzlich veranlasste die Behandlung von HUVEC mit dem anti-NS1-Antikörperdie Produktion von ROS, die Zunahme von Apoptosen und eine erhöhtePermeabilität der Endothelzellen. Diese Mechanismen tragen wahrscheinlichzum Pathomechanismus der stark erhöhten Gefäßpermeabilität bei, die klinischbei Dengue Fieber-Patienten öfter zu beobachtenist.Als Gegenmechanismus verursacht ROS aber über die Induktion von HO-1 viaPI3K/Akt-Signalkaskade (siehe oben) auch eine anti-apoptotische Wirkung. Sokann das Gleichgewicht zwischen der direkten Wirkung von ROS(Apoptoseinduktion) und anti-apoptotischer Wirkung des anti-NS1-Antikörpersüber HO-1 wichtig für die Ausprägung der Gefäßpermeabilitätserhöhung beiDHF-Patienten sein.Weiterhin konnte in dieser Arbeit als Zielantigen der anti-NS1-Antikörper aufEndothelzellen die Protein-Disulfidisomerase (PDI) nachgewiesen werden.