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

Rahayu, Puji


Originalveröffentlichung: (2010) Giessen : VVB Laufersweiler
pdf-Format: Dokument 1.pdf (1.800 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institute of Veterinary Pathology; Institute for Clinical Immunology and Transfusion Medicine
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5635-3
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 03.11.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 29.11.2010
Kurzfassung auf Englisch: Dengue haemorrhagic fever (DHF) is characterized by thrombocytopenia,
increased vascular permeability and haemorrhage. The antibody against NS1 of
the dengue virus seems to play a role in the pathogenesis of dengue virus
disease due to its cross-reaction with endothelial cells. Recently, it has been
demonstrated that anti-NS1 antibodies induced endothelial cells to undergo cell
apoptosis. However, the exact mechanism underlying this antibody-mediated cell
apoptosis is not well-known.
In this study, the influence of anti-NS1 antibodies of DHF patients on the
regulation of HO-1 in HUVEC was investigated. Sera derived from DHF patients
with or without anti-NS1 antibodies were analyzed. Incubation of HUVEC with
purified anti-NS1 antibodies from dengue virus infected patients caused HO-1
upregulation in a time and dose manner which was attenuated by the NS1
antigen. This upregulation was not observed with IgG from patients without NS1
antibodies. Furthermore, reduction of HO-1 was observed, when HUVEC were
pretreated with pI3K pathway inhibitors (LY294002 and wortmannin) prior to
stimulation with anti-NS1 antibodies. In contrast, no inhibition was detectable
with p38 MAPK inhibitors (SB203580). These results indicate that the pI3K
signaling 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 the
production of ROS, induced endothelial cell apoptosis, and increased cell
permeability. These mechanisms probably contribute to the pathomechanism of
vascular leakage and haemorrhage, which is often clinically observed in dengue
fever patients.
Protein disulfide isomerase (PDI) was found expressed on the endothelial
surface as a target antigen for anti-NS1 antibodies by the use of
immunoprecipitation approaches and flow cytometry analysis.
Taken together, this study indicates that anti-NS1 antibodies bind to endothelial
cells via PDI as a surface target protein. This interaction leads to production of
ROS which can induce cell apoptosis and disturbance of endothelial cell
permeability. On the other hand, ROS initiates the induction of the anti-apoptotic
gene HO-1 via the pI3K signalling pathway. Thus, the balance between ROS
(apoptotic) and HO-1 (anti-apoptotic) production induced by anti-NS1 antibodies
may have significance as the cause of vascular leakage in some DHF patients.
Kurzfassung auf Deutsch: Das Dengue Hämorrhagische Fieber (DHF) geht mit Thrombozytopenie,
erhöhter Gefäßpermeabilität und Blutungen einher. Der Antikörper gegen das
Nicht-Struktur-Protein NS1 des Dengue Virus scheint in der Pathogenese der
Erkrankung eine Rolle aufgrund seiner Kreuzreaktion mit Endothelzellen zu
spielen. Kürzlich wurde gezeigt, dass anti-NS1 in Endothelzellen Apoptose
veranlasst. Der genaue Mechanismus hierfür ist jedoch nicht bekannt.
In dieser Studie untersuchten wir den Einfluss von NS1-Antikörpern von DHFPatienten
auf die Regulierung von HO-1 in HUVEC in vitro. Die Inkubation von
HUVEC mit gereinigtem anti-NS1-IgG verursachte einen dosisabhängigen
Anstieg von HO-1, der mit IgG von Patienten ohne NS1-Antikörper nicht
beobachtet wurde. Dagegen wurde eine Abnahme von HO-1 beobachtet, wenn
die PI3K-Signalkaskade-Inhibitoren LY294002 oder Wortmannin vor der
Behandlung mit anti-NS1 verabreicht wurden. Im Gegensatz dazu war ein
solcher Effekt nicht mit dem p38 MAPK-Inhibitor SB203580 feststellbar. Diese
Ergebnisse 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-Antikörper
die Produktion von ROS, die Zunahme von Apoptosen und eine erhöhte
Permeabilität der Endothelzellen. Diese Mechanismen tragen wahrscheinlich
zum Pathomechanismus der stark erhöhten Gefäßpermeabilität bei, die klinisch
bei Dengue Fieber-Patienten öfter zu beobachtenist.
Als Gegenmechanismus verursacht ROS aber über die Induktion von HO-1 via
PI3K/Akt-Signalkaskade (siehe oben) auch eine anti-apoptotische Wirkung. So
kann das Gleichgewicht zwischen der direkten Wirkung von ROS
(Apoptoseinduktion) und anti-apoptotischer Wirkung des anti-NS1-Antikörpers
über HO-1 wichtig für die Ausprägung der Gefäßpermeabilitätserhöhung bei
DHF-Patienten sein.
Weiterhin konnte in dieser Arbeit als Zielantigen der anti-NS1-Antikörper auf
Endothelzellen die Protein-Disulfidisomerase (PDI) nachgewiesen werden.