Function of A20 in the regulation of Helicobacter pylori-induced alternative NK-[kappa]B and caspase-8-dependent apoptotic cell death

Abstract

Fast die Hälfte der Weltbevölkerung ist mit dem humanpathogenen Bakterium Helicobacter pylori, einem Paradigma für eine hartnäckige jedoch asymptomatische Infektion, infiziert. Eine Infektion mit H. pylori erhöht das Risiko der Entstehung von Magenerkrankungen einschließlich des Magenkrebses. Ein Kennzeichen der Infektion mit H. pylori, welches das Magenepithel besiedelt, ist die gleichzeitige Aktivierung des klassischen und des alternativen ‘nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells’ (NF-kappaB) Signalweges. Der klassische Signalweg reguliert Gene, die bei Entzündungsprozessen und dem Überleben der Zelle eine Rolle spielen, wohingegen die Funktion des alternativen Signalweges in Bezug auf die H. pylori Infektion ungeklärt ist. Des Weiteren aktiviert die Infektion mit H. pylori apoptotische Signalwege, welche zum Zelltod führen. Das Studium der obengenannten Signalwege ist bedeutend, da in vivo das Gleichgewicht zwischen Überleben und Tod der Zelle einen direkten Einfluss auf die Homödynamik der Magenmukosa hat. Die Homöodynamik ist eindeutig mit Art und Schwere der Erkrankung, die durch die H. pylori Infektion hervorgerufen wird, verknüpft. Wir berichteten, dass A20 als Zielgen des klassischen NF-kappaB Signalweges zur Negativregulation des alternativen NF-kappaB Signalweges, während der H. pylori Infektion von Magenepithelzellen, beiträgt. Mechanistisch bindet das de novo synthetisierte A20 Protein an das ‘tumour necrosis factor receptor-associated factor-interacting protein with forkhead-associated domain’ (TIFA) Protein und interferiert so mit der Bindung von TIFA an den ‘NF-kappaB-inducing kinase’ (NIK)-regulierenden Komplex. Dies führt zur Stabilisierung der ‘cellular inhibitor of apoptosis protein 1’ (cIAP1) im NIK-regulierenden Komplex und zur Beendigung der Aktivierung des alternativen NF-kappaB Signalweges. Wir zeigten ebenfalls, dass die Aktivität des alternativen NF-kappaB Signalweges in Magenepithelzellen zur vermehrten Expression von antiapoptotischen Genen wie ‘baculoviral IAP repeat-containing 2’ (BIRC2), BIRC3 und ‘B-cell lymphoma 2-related protein A1’ (BCL2A1) führte. Dies und die beobachtete RelB abhängige Unterdrückung des apoptotischen Zelltods während der H. pylori Infektion weisen auf eine Mitwirkung des alternativen NF-kappaB Signalweges an der Regulation des apoptotischen Zelltods hin. Andererseits ist A20 auch an der Negativregulation des Caspase-8 abhängigen apoptotischen Zelltod beteiligt. In diesem Fall wirkt die Deubiquitinylierungsaktivität des A20 Proteins der Cullin3 vermittelten Ubiquitinylierung (Lysin 63) der Caspase-8 entgegen, um deren Aktivität einzudämmen. Interessanterweise ist ein anderes NF-kappaB Zielgen, nämlich das p62 Protein, für die Wechselwirkung zwischen A20 und Caspase-8 essenziell. Zusammenfassend geben diese Untersuchungen einen neuen Einblick in die Funktion des A20 Proteins hinsichtlich der Modulation des alternativen NF-kappaB Signalweges, als auch des Caspase-8 abhängigen apoptotischen Zelltods während der H. pylori Infektion.

The human pathogen Helicobacter pylori infects almost half of the world’s population and is a paradigm for persistent yet asymptomatic infection. Infection by H. pylori increases the risk for developing gastric diseases including gastric adenocarcinoma. A hallmark of infection by H. pylori, which colonises the human gastric epithelium, is the simultaneous activation of the classical and alternative nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kappaB) pathways. In H. pylori infection, classical NF-kappaB signalling regulates genes involved in inflammation and cell survival, while the function of the alternative NF-kappaB signalling remains unclarified. Infection of gastric epithelial cells by H. pylori also triggers apoptotic signalling cascades leading to cell death. Studying the regulation of all the above-mentioned signalling cascades is important given that in vivo, the balance between cell survival and cell death has a direct impact on mucosal homeodynamics, which in turn is explicitly linked to the type and severity of disease(s) associated with H. pylori infection. We reported that the classical NF-kappaB target gene product A20 contributes to the negative regulation of alternative NF-kappaB activation in gastric epithelial cells infected by H. pylori. Mechanistically, the de novo synthesised A20 interacts with tumour necrosis factor receptor-associated factor-interacting protein with forkhead-associated domain (TIFA), and thereby interferes with the association of TIFA with the cellular inhibitor of apoptosis protein 1 (cIAP1) of the NF-kappaB-inducing kinase (NIK) regulatory complex. This leads to stabilisation of the NIK regulatory complex and the termination of alternative NF-kappaB activation. We also showed that alternative NF-kappaB activity contributes to the up-regulation of anti-apoptotic genes such as baculoviral IAP repeat-containing 2 (BIRC2), BIRC3 and B-cell lymphoma 2-related protein A1 (BCL2A1) in gastric epithelial cells. This and the observed RelB-dependent suppression of apoptotic cell death highlight a contributory role of the alternative NF-kappaB pathway towards cell survival in H. pylori infection. On the other hand, A20 also participates in the negative regulation of caspase-8-dependent apoptotic cell death. Herein, the deubiquitinylase activity of A20 counteracts the cullin3-mediated K63-linked ubiquitinylation of caspase-8 to curtail its activity. Interestingly, another inducible NF-kappaB target gene product, the scaffold protein p62, was found to ameliorate the interaction of A20 with caspase-8. In conclusion, these studies provide novel insight into the function of A20 in modulating the alternative NF-kappaB pathway as well as caspase-8-dependent apoptotic cell death in H. pylori infection.