Untersuchungen zum Mechanismus der Herunterregulation von HLA-E von der Oberfläche HIV-1–infizierter T-Zellen durch die akzessorischen Proteine Nef und Vpu

Abstract

Geschickt umgeht das Humane Immundefizienz-Virus Typ 1 (HIV-1) die antivirale Immunantwort der angeborenen und erworbenen Immunabwehr durch gezielte Modulation von Oberflächenproteinen, die von Natürlichen Killerzellen (NK-Zellen) und CD8+ T-Zellen zur Erkennung virusinfizierter Zellen genutzt werden. Dabei nutzt es eine spezielle Ausstattung HI- Virus-spezifischer Proteine, die sogenannten akzessorischen Proteine. Insbesondere die gezielte Regulierung des humanen Leukozyten-Antigensystems (HLA) Klasse- I durch die akzessorischen Proteine Nef und Vpu verhindert eine effektive Immunantwort der zytotoxischen antiviralen Immunzellen gegen das HI-Virus im menschlichen Wirt. In dieser Arbeit wurde die Modulation des nicht-klassischen HLA-E durch das HI-Virus, mit besonderem Fokus auf die akzessorischen lentiviralen Proteine Nef und Vpu, untersucht. Um die Modulation von HLA-E durch das HI-Virus besser verstehen zu können, testeten wir sowohl laboradaptierte Virusstränge als auch aus HIV-1–positiven Personen isolierte Virussequenzen und zeigten für letztere erstmalig eine verringerte HLA-E Oberflächenexpression auf infizierten CD4+ T-Zellen. Weiterführend konnte ich durch die Nutzung von Virusmutanten in Nef und Vpu zeigen, dass beide Proteine in die HLA-E Oberflächenlevel eingreifen, wobei der Effekt von Nef auf HLA-E stärker ausgeprägt war. Zuletzt wiesen „Tail-Swap“-Experimente auf eine Interaktion von Nef mit dem zytoplasmatischen Schwanz des HLA-E Moleküls hin. Zusammenfassend zeigen unsere Daten erstmalig eine Herunterregulierung des nicht-klassischen HLA-Klasse-I-Moleküls E auf primären CD4+ T-Zellen in der HIV-1-Infektion und identifizierten eine Interaktion der zytoplasmatischen HLA-E Domäne mit dem akzessorischen Protein Nef als möglichen Mechanismus. Diese Erkenntnisse gewährleisten neue Einblicke in die komplexen Vorgänge der viralen Immunmodulation und betonen die Rolle akzessorischer Proteine als mögliche Zielstrukturen für neue Therapieansätze für eine verbesserte HIV-Immunkontrolle, da HLA-E als Ligand für sowohl Natürliche Killerzellen als auch zytotoxische CD8 T-Zellen dient.

Infection with the human immune deficiency virus type 1 (HIV-1) result in most cases in fatal immunodeficiency, and research over the past decades has focussed on understanding the mechanisms of HIV-1 immunoevasion. Accessory proteins represent a unique feature of HIV- 1 and play a crucial role in evasion of natural killer cell and CD8+ T cell-mediated antiviral immunity. In particular, the two accessory proteins Nef and Vpu are heavily researched structures of the virus as they enhance its pathogenicity and virulence by targeting the human leukocyte antigen system (HLA) class I and other relevant antiviral structures of the host organism. However, only a few studies have investigated the modulation of the non-classical HLA-E molecule during HIV-1-infection and literature presents inconsistent data on this. To assess the effect of HIV-1 on HLA-E surface expression on infected cells, we infected primary CD4+ T cells. We used cell-culture adapted HIV and primary strains to study a diverse panel of viruses. Primary HIV-1 strains downregulated HLA-E during in vitro infection to various degrees whereas HLA-E levels after infection with cell-culture adapted viruses remained nearly unchanged. To identify the underlying mechanism of HLA-E downregulation in a next step, we used knockout mutant viruses with defective nef and vpu genes. As a result, we observed a loss of the ability to downregulate HLA-E from the surface of CD4+ T cells after infection with viruses having no functional Nef protein. Furthermore, our data showed that the accessory protein Vpu also plays a minor role in downregulating HLA-E, hinting at a potential synergistic effect of these two proteins. Subsequently, "tail-swap" experiments indicated that Nef interacted with the cytoplasmatic tail of HLA-E but not that of HLA-C. These findings show for the first time that HLA-E is downregulated following infection with primary HIV strains in a Nef-dependent manner. Furthermore, our data reveal an underlying mechanism similar to the HLA-A and -B downregulation by Nef targeting the cytoplasmatic tail of HLA-E. In conclusion, these findings identified a novel target in the complex immune escape mechanism of HIV-1. Further studies will be needed to understand the functional outcome of HLA-E-downregulation for immune recognition and control of HIV-1 replication.