Interaktion von dendritischen Zellen mit dem humanen Zytomegalievirus

Abstract

Dendritische Zellen (DC) sind als professionelle antigenpräsentierende Zellen von zentraler Bedeutung bei der Aktivierung der Immunantwort. Das humane Zytomegalievirus (HCMV), welches zur Familie der Herpesviren gehört, hat verschiedene immunmodulatorische Mechanismen entwickelt, dem Angriff durch das Immunsystem zu entgehen. In dieser Arbeit sollten die Interaktionen von DC mit HCMV untersucht werden. Dendritische Zellen unterteilen sich in myeloide und plasmazytoide DC (pDC). Myeloide DC wurden aus Monozyten des peripheren Blutes differenziert und pDC wurden aus Tonsillen isoliert. Durch einen Virusgenomanstieg, den Nachweis von IE-, E- und Late-Proteinen und die Anwesenheit viraler Partikel im Zellkern konnte eine produktive Infektion von unreifen (iDC) und reifen (mDC) myeloiden DC mit Endothelzell-adaptierten HCMV-Stämmen (ECV) bewiesen werden. Die Infektion von DC mit Fibroblasten-adaptierten HCMV-Stämmen (FFV) dagegen war nicht produktiv. Dies konnte aus dem Fehlen eines Genomanstiegs, aus dem Nachweis von IE-Proteinen und aus der Abwesenheit von E- und Late-Proteinen geschlossen werden. HCMV ist auch in der Lage, DC in vivo zu infizieren. In DC, die aus dem Blut hochvirämischer Patienten isoliert wurden, konnte HCMV-DNA nachgewiesen werden. Weiterhin sollten die Auswirkungen einer HCMV-Infektion auf DC untersucht werden. Sowohl FFV als auch ECV vermindern bei myeloiden iDC und mDC die Expression von MHC-Klasse-I-Molekülen, von CD1a, den Adhäsionsmolekülen CD11c, CD33, CD54 und CD58, den Kostimula-tionsmolekülen CD4, CD40 und CD80, dem Reifungsmarker CD83 und der Aminopeptidase N (CD13). Die Expression des Kostimulationsmoleküls CD86, des Homing-Faktor CCR7 und der MHC-Klasse-II-Moleküle dagegen wurde durch HCMV nicht beeinflusst. Die Funktion von HCMV-infizierten DC ist stark eingeschränkt. ECV- und FFV-infizierte myeloide iDC und mDC konnten keine allogene T-Zellen mehr stimulieren. Dieser Effekt wurde durch einen löslichen Faktor ausgelöst, der von infizierten DC gebildet wird. Die Produktion von IL-6, IL-10, IL-12 und TNF-alpha war in ECV- und FFV-infizierten myeloiden iDC und mDC vermindert. Plasmazytoide DC (pDC) sind ebenfalls permissiv für ECV. Dies konnte aus der Anwesenheit von IE- und L-Proteinen geschlossen werden. Auch in HCMV-infizierten pDC gab es Funktionsein-schränkungen. Ihre Fähigkeit IFN-alpha zu produzieren war reduziert. In dieser Arbeit konnte eine neue Strategie des HCMV aufgezeigt werden, der Immunantwort des Menschen zu entgehen. Diese Mechanismen könnten sowohl zur Virus-vermittelten Immunsuppres-sion als auch zur Etablierung der lebenslangen Persistenz im Wirt beitragen.

Human dendritic cells (DC) are the main antigen presenting cells and play a key role in inducing and maintaining immune responses. Human cytomegalovirus (HCMV), a member of the herpesvirus family, employs multiple mechanisms to evade the immune system. The aim of this study was to investigate the interaction between HCMV and DC. DC can be divided into two main populations, myeloid and plasmacytoid DC. In this study myeloid DC were generated from monocytes obtained from peripheral blood mononuclear cells. Plasmacytoid DC were isolated from human tonsils. Productive infection was shown by an increase of HCMV DNA in cell culture, the expression of HCMV IE-, E- and late proteins and by detecting viral nucleocapsids in the nucleus of infected cells. Productive infection occurred only when endothelial cell adapted HCMV strains (ECV) were used. This was independent of the state of DC maturation. The infection abrogated at the level of IE/E gene expression when virus strains adapted to human fibroblast (FFV) were used. To analyzed whether DC are infected in vivo, highly FACS-purified blood DC obtained from viremic patients were analyzed for HCMV-DNA. The results indicated HCMV infection of DC in vivo. To address the question whether HCMV infection impairs DC function, the expression of different cell surface molecules were analyzed. It was shown that FFV and ECV induce a downregulation of MHC class I, CD1a (antigen presentor of non-peptides), the adhesion molecules CD11c, CD33, CD54 and CD58, the costimulatory molecules CD4, CD40 and CD80, the maturation marker CD83 and the aminopeptidase-N (CD13) on DC, irrespectively of the state of DC maturation. However, the expression of the costimulator molecule CD86, the homing factor CCR7 and MHC class II was not altered. When T cell proliferation was investigated, it turned out, that the function of HCMV-infected DC was severly impaired. FFV and ECV infected DC were not able to stimulate allogeneic T cells. Transfer experiments showed, that a soluble factor, produced by infected DC, is responsible for this effect. In addition the ability to produce cytokines such as IL-6, IL-10, IL-12 and TNF-alpha was hampered when DC were infected with FFV or ECV. When the interaction of plasmacytoid DC with HCMV was investigated we could show that these cells were permissive for ECV. The production of INF-alpha in HCMV-infected plasmacytoid DC was reduced. The impairment of DC function upon HCMV infection is a new strategy of immune escape and may contribute to virus-mediated immunosuppression and help the virus to establish persistence in the host.