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Characterization of NK cell immunity in chronic HCV infection

Bi, Wenjie

Natural killer (NK) cell responses are crucial for anti-viral and anti-tumor immunity. However, the immune responses of NK cells are impaired in chronically HCV-infected patients. While direct-acting antivirals (DAAs) treatment allows a complete viral clearance in HCV patients, the recovery of NK cell immunity is only fragmentary explored and underlying molecular mechanisms are fundamentally uncharacterized. The first part of this thesis aims to characterize the molecular phenotype of NK cells in chronic HCV patients before and after DAA treatment by using quantitative proteomics. In total, more than 4867 proteins were identified and quantified by mass spectrometry, covering both the surface markers and intracellular components. Principal component analysis and heatmap of correlation factors revealed that NK cell proteomes of the same patients one year after treatment did normalize their inter-individual variance to the level of healthy individuals but, notably, were found still different from the healthy controls. The dysregulated proteins before and after treatment complement our knowledge of impaired NK cell responses in chronically HCV infected patients and indicated both trained and impaired NK cell functions in cured patients. Among protein regulations that indicated trained NK cell immunity, the adhesion and degranulation-promoting adaptor protein (ADAP) was selected for functional studies. Thus, the second part of this thesis investigated the importance of ADAP in human NK cells. In vitro experiments showed that the Src kinases-associated phosphoprotein 1 and 2 are interaction partners of ADAP. Moreover, ADAP regulates cytokine production and degranulation upon the stimulation of K562 cells, as well as migration and adhesion upon stimulation of CXCR4. Interestingly, ADAP is also required for controlling the number of serially killed target cells for each NK cell and the ratio of cytotoxic NK cells. To sum up, these data show that ADAP promotes serial killing through regulating adhesion and migration in human NK cells, confirming that the up-regulation of ADAP is a part of trained immunity in cured HCV patients.

Natürliche Killerzellantworten (NK) sind entscheidend für die antivirale und antitumorale Immunität. Die Immunantworten von NK-Zellen sind jedoch bei chronisch HCV-infizierten Patienten beeinträchtigt. Während die Behandlung mit direkt wirkenden antiviralen Wirkstoffen (DAAs) bei HCV-Patienten eine vollständige virale Clearance ermöglicht, wird die Wiederherstellung der Immunität von NK-Zellen nur fragmentarisch untersucht und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen sind grundsätzlich nicht charakterisiert. Der erste Teil dieser Arbeit zielt darauf ab, den molekularen Phänotyp von NK-Zellen bei chronischen HCV-Patienten vor und nach der DAA-Behandlung mithilfe quantitativer Proteomik zu charakterisieren. Insgesamt wurden mehr als 4867 Proteine durch Massenspektrometrie identifiziert und quantifiziert, wobei sowohl die Oberflächenmarker als auch die intrazellulären Komponenten abgedeckt wurden. Die Hauptkomponentenanalyse und die Heatmap der Korrelationsfaktoren zeigten, dass NK-Zellproteome derselben Patienten ein Jahr nach der Behandlung ihre interindividuelle Varianz auf das Niveau gesunder Individuen normalisierten, sich jedoch insbesondere immer noch von den gesunden Kontrollen unterschieden. Die dysregulierten Proteine vor und nach der Behandlung ergänzen unser Wissen über gestörte NK-Zellantworten bei chronisch HCV-infizierten Patienten und zeigten sowohl trainierte als auch beeinträchtigte NK-Zellfunktionen bei geheilten Patienten an. Unter den Proteinvorschriften, die auf eine trainierte NK-Zellimmunität hinwiesen, wurde das Adhäsions- und Degranulations-fördernde Adapterprotein (ADAP) für funktionelle Studien ausgewählt. Der zweite Teil dieser Arbeit untersuchte daher die Bedeutung von ADAP in menschlichen NK-Zellen. In-vitro-Experimente zeigten, dass die Src-Kinasen-assoziierten Phosphoproteine 1 und 2 Interaktionspartner von ADAP sind. Darüber hinaus reguliert ADAP die Zytokinproduktion und Degranulation bei Stimulation von K562-Zellen sowie die Migration und Adhäsion bei Stimulation von CXCR4. Interessanterweise wird ADAP auch benötigt, um die Anzahl der seriell abgetöteten Zielzellen für jede NK-Zelle und das Verhältnis der zytotoxischen NK-Zellen zu kontrollieren. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass ADAP das serielle Abtöten durch Regulierung der Adhäsion und Migration in menschlichen NK-Zellen fördert, was bestätigt, dass die Hochregulierung von ADAP Teil der trainierten Immunität bei geheilten HCV-Patienten ist.

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Bi, W., 2020. Characterization of NK cell immunity in chronic HCV infection. https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202005281057-0
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