Dendritic cell specific function of deubiquitinating enzyme OTUD7b in experimental cerebral malaria

Abstract

Cerebral malaria caused by the infection with the parasite Plasmodium falciparum is a neurological complication of malaria, which can result in severe cognitive deficits and death of infected individual. A hallmark of cerebral malaria is a disturbance of the blood brain barrier and despite anti-malarial treatment, around 25% of the patients suffer from long term neurocognitive deficits. Since cerebral malaria can be studied in humans mainly post mortem, murine experimental cerebral malaria (ECM) induced by infection with Plasmodium berghei ANKA is widely employed to understand the mechanisms underlying the human cerebral malaria. Studies in experimental cerebral malaria have shown that dendritic cells (DCs) process and present malarial antigens to CD8+ T, which migrate to the brain microvasculature and induce the disruption of the blood brain barrier via perforin and granzyme-B mediated cytotoxicity Both human and murine cerebral malaria are characterized by high levels of TNF in the blood. TNF is a pleiotropic cytokine which can induce both pro-inflammatory signaling and activation of cell death pathways. These pathways are tightly regulated by the process of ubiquitination and deubiquitination. Here we have investigated the DC-specific role of the deubiquitinating enzyme OTUD7b in ECM. these studies identified that OTUD7b prevents TNF induced apoptosis of DCs resulting in enhanced priming and intracerebral accumulation of pathogenic CD8+ T cells. Mechanistically, OTUD7b stabilized the E3 ligase TRAF2 by removing K48-linked polyubiquitin chains and prevented its proteasomal degradation. These increased levels of TRAF2 foster K63-linked polyubiquitination of RIPK1 leading to increased activation of the NF-κB and MAP kinase pathways and upregulation of anti-apoptotic FLIP and Bcl-xL. In addition, increased K63-linked polyubiquitination of RIPK1 reduced its S166 autophosphorylation, impaired its kinase activity and protected DCs from RIPK1-independent and dependent apoptosis. Mice with DC-specific deletion of OTUD7b showed enhanced apoptosis of DCs, were unable to induce CD8+ T cell-mediated brain pathology and were protected from ECM. Taken together, our study identifies OTUD7b as a molecular switch regulating the activation or death of DCs and a novel target to regulate DC-T cell mediated immunopathology.

Die zerebrale Malaria ist eine neurologische Komplikation der Malaria und wird durch eine Infektion mit dem Parasiten Plasmodium falciparum verursacht. Sie kann zu schweren kognitiven Beeinträchtigungen und zum Tod des Infizierten führen. Charakteristisch für die zerebrale Malaria ist eine Störung der Blut-Hirn-Schranke. Auch bei erfolgreicher medikamentöser Elimination des Parasiten leiden etwa 25 % der Patienten langfristig an neurokognitiven Defiziten. Die zerebrale Malaria kann beim Menschen nur eingeschränkt und bezüglich der zerebralen Pathogenese vorwiegend post mortem untersucht werden. Um die Mechanismen zu verstehen, die der zerebralen Malaria beim Menschen zugrunde liegen, wird daher häufig die experimentelle zerebrale Malaria (ECM) bei Mäusen eingesetzt, die durch eine Infektion mit Plasmodium berghei ANKA ausgelöst wird. Studien zur ECM haben gezeigt, dass Dendritische Zellen (DCs) Plasmodien- Antigene prozessieren und diese CD8+ T-Zellen präsentieren, die in die Mikrogefäße des Gehirns einwandern und durch Perforin- und Granzym B-vermittelte Zytotoxizität eine Störung der Blut-Hirn-Schranke verursachen. Sowohl die humane als auch die murine zerebrale Malaria sind durch hohe Konzentrationen des Zytokins Tumor Nekrose Faktor (TNF) im Blut gekennzeichnet. TNF ist ein pleiotropes Zytokin, das sowohl proinflammatorische Signale als auch die Aktivierung von Zelltod-Signalwegen auslösen kann. Diese Signalwege werden durch posttranslationale Ubiquitinierung und Deubiquitinierung von Signaltransduktionsmolekülen streng reguliert. Wir haben die DC-spezifische Rolle des Deubiquitinierungsenzyms OTUD7b in der ECM untersucht. Diese Studien zeigen, dass OTUD7b die TNF-induzierte Apoptose von DCs verhindert, was zu einem verstärkten Aktivierung, Expansion und intrazerebralen Akkumulation pathogener CD8+ T-Zellen führt. Mechanistisch stabilisiert OTUD7b die E3-Ligase TRAF2, indem es K48-gebundene Polyubiquitin-Ketten abspaltet und so den proteasomalen TRAF2-Abbau verhindert. Diese erhöhten TRAF2-Spiegel fördern die K63-gebundene Polyubiquitinierung von RIPK1, was zu einer verstärkten Aktivierung von NF-κB- und MAP-Kinase-Signalwegen und einer Hochregulation der anti-apoptotischen Moleküle FLIP und Bcl-xL führt. Zusätzlich reduziert die erhöhte K63-gebundene Polyubiquitinierung von RIPK1 seine S166- Autophosphorylierung, beeinträchtigte seine Kinaseaktivität und schützte die DCs vor RIPK1- unabhängiger und -abhängiger Apoptose. Mäuse mit einer DC-spezifischen Deletion von OTUD7b zeigten eine erhöhte Apoptose der DCs. Dadurch wurde eine CD8+ T-Zell- vermittelte zerebrale Immunpathologie verhindert und die Mäuse waren vor der ECM geschützt. Zusammenfassend identifiziert unsere Studie OTUD7b als einen molekularen Schalter, der die Aktivierung und den Zelltod von DCs reguliert und einen neuen Ansatzpunkt für die Regulation von DC / T-Zell-vermittelten Immunpathologien darstellt.