Open Access

Nico Tzieply

• Atherosclerosis is accompanied by infiltration of macrophages to the intima of blood vessels. There they engulf oxLDL (oxidized low-density lipoproteins) and differentiate to foam cells. These cells are known as major promoters of atherosclerosis progression. In initial experiments I could demonstrate that foam cell formation caused a severe loss in the ability to produce IFNA (interferon A) in response to stimulation with the bacterial cell wall component LPS (lipopolysaccharide). Since IFNA is discussed to have anti-atherosclerotic potential and has the capability to induce immune tolerance, its inhibition in foam cells might promote the atherosclerotic process. For this reason the aim of my PhD project was to clarify the underlying molecular mechanisms that attenuate LPS-induced IFNA expression in foam cells. LPS activates TLR4 (Toll-like receptor 4) in macrophages. Downstream this receptor two distinct signaling pathways are activated, namely a MyD88 (myeloid differentiation primary response gene 88)-dependent and a TRIF (TIR-domain-containing adapter-inducing IFNA)-dependent one. Foam cell formation targeted the TRIF-dependent TLR4 signaling pathway, as seen by loss of IRF3 activation and IFNA expression inhibition, whereas MyD88-initiated NFBB (nuclear factor 'B-light-chain-enhancer' of activated B-cells) activation and subsequent TNF@ (tumor necrosis factor @) expression remained unaltered. The TRIF signaling cascade results in transactivation of the transcription factor IRF3 (interferon regulatory factor 3), the main activator of IFNA expression. This event demands IRF3 phosphorylation by TBK1 (TANK-binding kinase 1), whereas TBK1 needs to be recruited to TRAF3 (TNF receptor associated factor 3) by the scaffold protein TANK (TRAF family member-associated NFBB activator) for its activation. This work allowed to propose the following scheme: OxLDL utilizes SR-A1 (scavenger receptor A1) to activate IRAK4 (interleukin-1 receptor-associated kinase 4), IRAK1 and Pellino3. Active IRAK1 and Pellino3 associate with TRAF3 and Pellino3 promotes mono-ubiquitination of the adaptor molecule TANK. Mono-ubiquitination of TANK interrupts TBK1 recruitment to TRAF3 and thereby abrogates phosphorylation and transactivation of IRF3 as well as subsequent expression of IFNA. In this study I provide evidence for a negative regulatory role of Pellino3 for TRIF-dependent TLR4 signaling. This expands the current knowledge of the interplay between pathways downstream scavenger and Toll-like receptors. Due to the multifaceted roles of TLR4 signaling in pathology, the new TRIF-signaling inhibitor Pellino3 might be of importance as therapeutical target for disease intervention.
• Makrophagen sind maßgeblich an Entstehung und Verlauf der Atherosklerose beteiligt. Sie wandern in die Intima von Gewäßwänden ein und differenzieren dort durch die Aufnahme von oxLDL („oxidized low-density lipoprotein“) zu Schaumzellen. In initialen Experimenten konnte ich zeigen, dass Schaumzellen in ihrer Fähigkeit gehemmt sind, durch die Stimulation mit LPS („lipopolysaccharide“), einem Zellwandbestandteil gram-negativer Bakterien, IFNbeta („interferon beta”) zu exprimieren. Da IFNbeta als anti-atherosklerotisch beschrieben wurde, könnte dessen Hemmung den Prozess der Atherosklerose fördern. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die der oxLDL-vermittelten Hemmung der LPS-induzierten IFNß Expression zugrunde liegen. LPS aktiviert TLR4 („Toll-like receptor 4“) in Makrophagen, wodurch zwei Signalwege aktiviert werden. Ein Signalweg ist abhängig von dem Adapterprotein MyD88 („myeloid differentiation primary response gene 88“) und aktiviert den Transkriptionsfaktor NFkappaB („nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells“), der wiederum zur Expression von TNFalpha („tumor necrosis factor alpha”) beiträgt. Der zweite Signalweg wird durch den Adapter TRIF („TIR-domain-containing adapter-inducing IFNbeta”) initialisiert und führt zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors IRF3 („interferon regulatory factor 3“) der maßgeblich für die Expression von IFNbeta verantwortlich ist. Da sowohl die LPS-induzierte IFNbeta Expression als auch die IRF3 Aktivität in Schaumzellen gehemmt war, gleichzeitig aber die Expression von TNFalpha und die Aktivität von NFkappaB unbeeinflusst blieb, lag die Vermutung nahe, dass in Schaumzellen selektiv der TRIF-abhängige TLR4 Signalweg gehemmt ist. Für die Transaktivierung von IRF3 ist eine Phosphorylierung durch die Kinase TBK1 („TANK-binding kinase 1“) notwendig, die wiederum durch das Adapterprotein TANK („TRAF family member-associated NFkappaB activator“) an TRAF3 („TNF receptor associated factor 3“) rekrutiert werden muss, um ihre Kinaseaktivität zu erhalten. Auf Basis der in dieser Studie erzielten Ergebnisse wurde folgender Mechanismus postuliert: OxLDL aktiviert über SR-A1 („scavenger receptor-A1“) die Proteine IRAK4 („interleukin-1 receptor-associated kinase 4“), IRAK1 und Pellino3. Die aktiven Formen von IRAK1 und Pellino3 binden an TRAF3 und bewirken die Mono-Ubiquitinierung des Adapterproteins TANK. Diese Modifikation verhindert die Rekrutierung von TBK1 an TRAF3, wodurch IRF3 nicht mehr von TBK1 aktiviert werden kann und die Expression von IFNbeta unterbleibt. Diese Studie beschreibt Pellino3 als neuen negativen Regulator des TRIF-abhängigen TLR4 Signalwegs in Abhängigkeit von SR-A1. Dieser Befund trägt zum Verständnis der gegenseitigen Interaktion von Scavenger und Toll-like Rezeptoren bei. Aufgrund der großen Bedeutung des TLR4 Signalwegs in verschiedensten pathologischen Situationen wie Atherosklerose, Sepsis und Krebs, könnte Pellino3, als Inhibitor des TRIF-abhängigen TLR4 Signalwegs, ein potentielles Ziel für neue therapeutische Ansätze darstellen.