Astrocyte-specific function of OTUD7B in experimental autoimmune encephalomyelitis

Abstract

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische demyelinisierende Krankheit, die das Zentralnervensystem (ZNS) befällt. Bei der MS handelt es sich um eine Autoimmunerkrankung mit Beteiligung von T-Zellen, jedoch sind die Mechanismen, die zur Neuroinflammation und Demyelinisierung führen, noch nicht vollständig geklärt. Astrozyten, die am weitesten verbreitete Gliazellpopulation des ZNS, sind wichtig für die Homöostase des ZNS und können bei der MS sowohl schädliche als auch schützende Funktionen haben. Die genauen molekularen Mechanismen der Regulierung der Astrozytenfunktion bei der Autoimmerkrankungen des ZNS sind noch weitgehend unbekannt. In GEO-Datenbanken publizierte Genexpressionsanalysen indizieren eine signifikante Verringerung der Expression von OTUD7B im Gehirn von MS-Patienten im Vergleich zu gesunden Probanden, was auf eine mögliche Rolle von OTUD7B bei der MS hinweist. Daher untersuchten wir die Funktion des deubiquitinierenden Enzyms OTUD7B in Astrozyten im Modell der experimentellen murinen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE), einem Tiermodell der MS. Mäuse mit einer Deletion von OTUD7B in Astrozyten (GFAP-Cre OTUD7Bfl/fl-Mäuse) entwickelten im Vergleich zu OTUD7Bfl/fl-Kontrollmäusen eine schwerere EAE mit verstärkter Neuroinflammation und ZNS-Schäden, was die schützende Rolle von astrozytärem OTUD7B bei Autoimmunerkrankungen des ZNS unterstreicht. Die Histologie des Rückenmarks von Mäusen mit EAE zeigte, dass die Astrozyten von GFAP-Cre OTUD7Bfl/fl-Mäusen hyperaktiviert und teilweise aus den entzündeten Bereichen verschwunden waren. Die Stimulation kultivierter Astrozyten zeigte, dass der Mangel an OTUD7B zu einer verstärkten Aktivierung der NF-κB- und MAPK-Signalwege sowie zu einer erhöhten Expression von Zytokinen und Chemokinen bei Stimulation mit Tumornekrosefaktor (TNF) führte. OTUD7B-defiziente Astrozyten waren auch anfälliger für den TNF- und CHX-induzierten Zelltod, was durch erhöhte Werte von gespaltener Caspase-8 und Caspase-3 belegt wird. Mechanistisch gesehen entfernte OTUD7B zunächst K63-gebundene Ubiquitinketten von RIPK1, indem es bei TNF-Stimulation an TRAF2 rekrutierte und so die Aktivierung der NF- κB- und MAPK-Signalwege einschränkte. Anschließend interagiert OTUD7B mit RIPK1 und TRAF2, um deren Degradation zu verhindern, indem es die K48-gebundene Ubiquitinierung hydrolysiert, was wiederum die Spaltung von Pro-Caspase 8 verhindert. Insgesamt haben unsere Studien OTUD7B als protektiven Faktor in Astrozyten während EAE identifiziert und gezeigt, dass OTUD7B die TNF-vermittelte proinflammatorische Reaktion und Apoptose von Astrozyten unterdrückt und dadurch die Demyelinisierung und die klinischen Symptome der EAE begrenzt.

Multiple sclerosis (MS) is a chronic demyelinating disease affecting the central nervous system (CNS). Although MS is an autoimmune disease with the involvement of T cells, the mechanisms leading to neuroinflammation and demyelination are incompletely understood. Astrocytes, the most prevalent glial cell population of the CNS, are important for the homeostasis of the CNS, but are also considered to play both detrimental and protective functions in MS. However, the precise molecular mechanisms on the regulation of astrocyte function in CNS autoimmunity are still largely unknown. GEO databases report a significant reduction in the expression of OTUD7B in the brains of MS patients compared to healthy subjects, indicating the potential role of OTUD7B in MS. Therefore, we studied the function of the deubiquitinating enzyme OTUD7B in astrocytes during murine experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model for MS. Mice with deletion of OTUD7B in astrocytes (GFAP-Cre OTUD7Bfl/fl mice) developed more severe EAE compared to control OTUD7Bfl/fl mice, with enhanced neuroinflammation, underlying the protective role of astrocytic OTUD7B in CNS autoimmune diseases. Histology of the spinal cord from mice with EAE showed that astrocytes of GFAP-Cre OTUD7Bfl/fl mice were hyperactivated and partially lost from areas with inflammation. Stimulation of cultivated astrocytes revealed that OTUD7B deficiency resulted in enhanced activation of the NF-κB and MAPK pathways, as well as increased expression of cytokines and chemokine upon stimulation with tumor necrosis factor (TNF). OTUD7B-deficient astrocytes were also more vulnerable to TNF and CHX induced cell death, as indicated by increased levels of cleaved caspase 8 and caspase 3. Mechanistically, OTUD7B first removed K63-linked ubiquitin chains from RIPK1 via recruiting to TRAF2 upon TNF stimulation, thereby limiting the activation of the NF-κB and MAPK pathways. Subsequently, OTUD7B interacts with RIPK1 and TRAF2 to prevent its degradation by hydrolyzing K48-linked ubiquitination, which in turn prevented the processing of pro-caspase 8. Collectively, our studies identified OTUD7B as a protective factor in astrocytes during EAE and revealed that OTUD7B suppressed the TNF-mediated proinflammatory response and apoptosis of astrocytes, thereby limiting demyelination and clinical signs of EAE.