Universität zu Köln

Neerincx, Andreas Heinrich (2013). Characterization of the human NLR protein NLRC5. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat (NLR)-containing proteins play important roles in the innate immune system as intracellular pattern recognition receptors. The most prominent members, NOD1, NOD2 and NLRP3 have been extensively shown to trigger NF-kB activation or IL-1b/IL-18 processing upon pathogen infection, respectively. Nonetheless, other functions beyond pathogen recognition have also been reported for some NLR proteins. Here we report the first characterization of the human NLR protein NLRC5. NLRC5 lacks the typical N-terminal CARD or PYRIN domain of most NLR proteins, but harbours a death do-main fold effector domain with yet unknown function. Interestingly, NACHT and LRR domain alignments reveal close homology to the MHC class II transcriptional activator (CIITA), which is responsible for the transcriptional induction of MHC class II molecules, and moderate homology to NOD1 and NOD2. In the first part of this study, we addressed the expression and regulation of NLRC5 in different tissues and cell lines. We detected NLRC5 expression primarily in cells and tissues of the immune system, including CD4+ and CD8+ T cells and spleen, lymph node and bone marrow. Furthermore, we were able to induce a TLR3-dependent NLRC5 induction upon stimula-tion with the dsRNA-mimic poly(I:C) as well as an TLR3-independent NLRC5 induction using a Sendai Virus (SeV)-based infection model. In line with that, we revealed a role for NLRC5 in type I interferon (IFN) response against RNA viruses. Moreover, we adapted an infection model of primary human dermal fibroblasts (hFibr) with Sendai Virus (SeV), depicting a distinct role for NLRC5 in anti-viral immune processes. In the second part, we investigated the role of NLRC5 in MHC class I promoter activa-tion. Similar to MHC class II promoter activation by the non-DNA binding coactivator CIITA, we were able to obtain a clear role for NLRC5 in MHC class I expression and identified the domains, which are important for nuclear translocation and MHC class I promoter activation. We further analysed the involvement of a DNA-binding complex, the so-called enhanceosome, in NLRC5-dependent MHC class I expression, which is pivotal for CIITA-dependent MHC class II expression. Finally, we generated NLRC5-CIITA-chimeric proteins to decipher the NLRC5-dependent MHC class I and CIITA-dependent class II activation in more detail. Domain swapping of the N-terminal effector domains revealed, that the NLRC5 N-terminal effector domain fused to the C-terminus of CIITA is sufficient to activate both MHC class I and MHC class II expression. Taken together, in this study we identified a role for NLRC5 in anti-viral immune responses and further contributed to the understanding of NLRC5-mediated MHC class I expression.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Mitglieder der intrazellulären NLR Proteinfamilie spielen als Mustererkennungs-Rezeptoren (PRRs) entscheidende Rollen im angeborenen Immunsystem. Zu den bekanntesten NLR Proteinen gehören NOD1, NOD2 und NLRP3, welche bereits ausgiebig im Hinblick auf ihre Fähigkeit NF-kB und IL-1b/IL-18 Signalwege auszulösen untersucht wurden. Neben diesen wurden ebenfalls rezeptorunabhängige Funktionen für einige NLR Proteine in der Literatur beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine erste Charakterisierung des menschlichen NLR Proteins NLRC5 durchgeführt. Zwar fehlt NLRC5 die typische N-terminale CARD- oder PYRIN-Domäne der meisten NLR Proteine, dennoch besitzt es eine todesdomänenartige (death domain fold) Struktur mit bislang ungeklärter Funktion. Interessanterweise zeigen die nukleotidbindende Domäne und die leuzinreiche Domäne eine starke Homologie zum MHC Klasse II Aktivator CIITA, welcher für die transkriptionelle Induktion von MHC Klasse II Molekülen verantwortlich ist, als auch eine mittelmäßige Homologie zu NOD1 und NOD2. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Expression und Regulation von NLRC5 in ver-schiedenen Geweben und Zelltypen untersucht. NLRC5 Expression war hauptsächlich in Zellen und Geweben des Immunsystems, wie zum Beispiel in CD4-positiven und CD8-positiven T-Zellen, sowie in Milz, Lymphknoten und Knochenmark, nachweisbar. Außerdem konnte die Expression von NLRC5 durch Stimulation des Toll-ähnlichen Rezeptors 3 (TLR3) mit dem doppelsträngigen RNA Analogon poly(I:C), sowie TLR3-unabhängig durch Sendaivirusinfektion induziert werden. Zusätzlich konnte eine Funktion von NLRC5 in RNA-virusabhängige Typ I Interferoninduktion aufgedeckt werden, welche zusätzlich in einem Sendaivirusinfektionsmodel von menschlichen primären Fibroblasten nachgewiesen werden konnte. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Fähigkeit von NLRC5 den MHC Klasse I Promotor zu aktivieren untersucht. Vergleichbar mit der CIITA-induzierten MHC Klasse II Promoterakti-vierung konnte eine klare Beteiligung von NLRC5 an der MHC Klasse I Expression nachgewiesen werden, sowie die Bedeutung des nukleären Transports herausgearbeitet werden. Außerdem wurde der Einfluss eines DNA-bindenden Multiproteinkomplexes namens Enhanceosome, wel-cher in der CIITA-abhängigen MHC Klasse II Expression unabdingbar ist, ebenfalls in der NLRC5-abhängigen MHC Klasse I Expression nachgewiesen. Zum Schluss wurden NLRC5-CIITA-Chimären generiert, um die NLRC5-abhängige MHC Klasse I und die CIITA-abhängige MHC Klasse II Expression genauer zu untersuchen. Ein Domänenaustausch der N-terminalen Effektordomänen hat ergeben, dass die NLRC5 Effektordomäne zusammen mit der nukleotidbindenden Domäne und der leuzinreichen Domäne von CIITA ausreichend ist, um sowohl MHC Klasse I als auch MHC Klasse II Expression zu indu-zieren. In dieser Arbeit konnte nicht nur eine Funktion von NLRC5 in der antiviralen Immun-abwehr identifiziert werden, sondern auch ein Beitrag zum Verständnis von NLRC5-abhängiger MHC Klasse I Expression geleistet werden. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Neerincx, Andreas Heinrich andreas.neerincx@googlemail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Universität zu Köln, Institut für Genetik
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-53038
Date:	2013
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language NLR proteins, innate immunity, English
Date of oral exam:	14 January 2013
Referee:	Name Academic Title Howard, Jonathan Prof. Dr. Paulsson, Mats Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5303