title: The influnce of the transcription factors IRF4 and IRF9 on the CD8+ T cell mediated immune response during infections with intracellular pathogens
title: Der Einfluss der Transkriptionsfaktoren IRF4 und IRF9 auf die CD8+ T-zell-vermittelte Immunantwort während der Infektion mit intrazellulären Erregern
Creators: name: Ritter, Josephine
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Listeria
CD8+ T cells , IRF4
IRF9
Immunreaktion , Leukozyt
Listerien
LCMV
CD8+ T-Zellen , IRF4
Sciences
Naturwissenschaften

description: Interferon Regulierende Faktoren
      (IRF) sind Transkriptionsfaktoren (TF), die vielfältige
      Funktionen in der Regulation der angeborenen und adaptiven
      Immunantwort besitzen. Im Zusammenspiel miteinander oder mit
      weiteren TF regulieren sie die Genexpression. Die essentielle
      Rolle von IRF4 für die Differenzierung in Subtypen von CD4+
      und CD8+ T-Zellen ist bereits beschrieben worden. Für IRF9
      ist bekannt, dass es ubiquitär in Zellen exprimiert wird. Im
      Interferon stimulierenden Genfaktor 3 (ISGF3) Komplex wird
      IRF9 als DNA-bindende Domäne in Assoziation mit den
      Signaltransduktoren und Aktivatoren der Transkription (STAT)
      1 und 2 in Antwort auf Stimulation mit Typ I IFN aktiviert.
      CD8+ T-Zellen werden durch Infektionen mit intrazellulären
      Pathogenen aktiviert. Klassischerweise proliferieren sie
      daraufhin sehr stark und differenzieren sich zu zytotoxischen
      Effektorzellen. Nach Beseitigung der Erreger überlebt nur
      eine geringe Anzahl von Effektorzellen, die sich zu
      langlebigen Gedächtniszellen entwickeln. Bei chronischen
      Infektionen können aktivierte CD8+ T Zellen jedoch auch in
      einen Zustand der Erschöpfung übergehen. Dieser Zustand ist
      durch eine eingeschränkte Effektorfunktion gekennzeichnet und
      konventionelle CD8+ T-Gedächtniszellen werden nicht
      generiert. Bei Infektionen mit dem Lymphozytären
      Choriomeningitis Virus (LCMV) kann man zwischen chronischen
      Infektionen, verursacht durch LCMV Klon 13- und akuten
      Infektionen, hervorgerufen durch LCMV Armstrong (Arm),
      unterscheiden. In Antwort auf virale Infektionen bindet der
      ISGF3 Komplex, der durch den kanonischen Typ I IFN
      Signaltransduktionsweg induziert wird, an IFN-stimulierende
      responsive Elemente (ISRE). Dadurch wird die Expression von
      antiviralen Genen (ISGs) induziert. In diesem Zusammenhang
      konnte bereits gezeigt werden, dass sowohl Stat1-/- als auch
      Stat2-/- Mäuse sehr anfällig gegenüber viralen Infektionen
      sind. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Bedeutung von
      IRF4 für die Funktion von CD8+ T-Zellen während einer
      Immunantwort gegen Listeria monocytogenes (Lm) untersucht.
      Irf4-/- Mäuse konnten Listerieninfektionen nur teilweise
      beseitigen, was u.a. auf eine defekte CD8+ Effektor
      T-Zellantwort zurückzuführen ist. Antigenspezifische Irf4-/-
      CD8+ T-Zellen proliferierten während der Infektion nur sehr
      schwach und waren durch einen fehlenden Effektorphänotyp und
      die eingeschränkte Produktion von Effektormolekülen
      gekennzeichnet. Mit Hilfe von adoptiven Zelltransfers wurde
      die zellintrinsische Bedeutung von IRF4 für CD8+ T-Zellen
      demonstriert. In Übereinstimmung mit Defekten in der
      Effektorzelldifferenzierung war die mRNA Expression der TF
      Prdm1, Tbx21 und Id2 in Irf4-/- Mäusen stark erniedrigt. In
      diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass IRF4 an ein
      IL-21 responsives Element bindet, das sich außerhalb des
      codierenden Bereichs von Prdm1 (codiert BLIMP1) befindet und
      für die optimale Prdm1-Expression benötigt wird. Somit trägt
      die Regulation der BLIMP1-Expression durch IRF4
      wahrscheinlich zur Effektorzelldifferenzierung von CD8+
      T-Zellen bei. Neben der Effektorzelldifferenzierung wird auch
      die Generierung und Funktion von langlebigen Gedächtniszellen
      positiv durch IRF4 beeinflusst. Im zweiten Teil wurde die
      Rolle von IRF9 bei der antiviralen CD8+ T-Zellantwort
      untersucht. Nach einer Infektion mit LCMV Arm entwickelten
      Irf9-/- Mäuse, im Gegensatz zu Wildtyp (WT) Mäusen, eine
      chronische Erkrankung, bei der die antigenspezifischen CD8+
      T-Zellen sowohl den Phänotyp als auch die Funktion von
      erschöpften Zellen aufwiesen. Irf9-/- Mäuse entwickelten eine
      geringe Anzahl an LCMV-spezifischen CD8+ T-Zellen, die den
      Aktivierungsmarker KLRG1 stark reduziert exprimierten und nur
      geringe Mengen der Effektorzytokine TNFα und IFNγ
      produzierten. Übereinstimmend mit dieser Beobachtung
      exprimierten Irf9-/- CD8+ T-Zellen verstärkt die
      inhibitorischen Rezeptoren PD-1 und LAG-3. Des Weiteren ist
      IRF9 positiv in die Regulation der TBX21-Expression
      involviert. TBX21 fördert zum einen die terminale
      Differenzierung von CD8+ Effektor T-Zellen. Zum anderen
      verhindert TBX21 die Erschöpfung von CD8+ T-Zellen während
      chronischer Infektionen, indem es die PD-1-Expression direkt
      unterdrückt und auch die Expression von LAG-3 reguliert.
      Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit zum einen gezeigt
      werden, dass IRF4 bei einer Listerieninfektion als zentraler
      TF die Generierung von funktionellen CD8+ Effektor T-Zellen
      ermöglicht und zum anderen, dass IRF9 als wichtiger TF die
      Erschöpfung von CD8+ T-Zellen während einer akuten
      LCMV-Infektion verhindert.
description: The interferon regulatory factors
      (IRF) are transcription factors (TF) that possess a variety
      of functions in the regulation of innate and adaptive
      immunity, to regulate the gene expression in association with
      each other or with further TFs. IRF4 is crucial for the
      differentiation into distinct subsets of CD4+ and CD8+ T
      cells. IRF9 is ubiquitously expressed in cells. It functions
      as DNA binding domain in response to type I IFN in the
      transcriptional complex interferon-stimulated gene factor 3
      (ISGF3) in association with signal transducer and activator
      of transcription (STAT) 1 and 2. Following infection with
      intracellular pathogens, CD8+ T cells become activated,
      proliferate rapidly und differentiate into cytotoxic T
      lymphocytes (CTLs). After clearance of pathogens only a
      limited number of effector cells survive and develop into
      long-lived memory cells. During chronic infections activated
      CD8+ T cells may become exhausted, what is characterized by
      impaired functions and incapability to form conventional
      memory CD8+ T cells. Infections with lymphocytic
      chorimeningitis virus (LCMV) can be distinguished into
      chronic infections, caused by LCMV clone 13 and acute LCMV
      Armstrong (Arm) infections. In response to viral infections
      the transcriptional complex ISGF3, induced by canonical type
      I IFN signaling, binds to IFN-stimulated response element
      (ISRE) sequences to activate classical antiviral genes (ISGs)
      and it is known, that both Stat1-/- and Stat2-/- mice are
      highly susceptible to viral infections. The first part of
      this thesis investigated the influence of IRF4 for CD8+ T
      cells during an immune response against the intracellular
      bacterium Listeria monocytogenes (Lm). Irf4 /- mice showed
      partially impaired clearance of Listeria infection, which was
      due to a reduced CD8+ T cell response. Antigen-specific Irf4
      /- CD8+ T cells showed limited accumulation in different
      organs and these cells also displayed an altered effector
      phenotype as well as impaired effector function. Transfer
      experiments revealed that IRF4 functions in CD8+ T cells in a
      cell intrinsic manner. In line with these observed defects,
      Irf4-/- CD8+ T cells showed reduced levels of TF associated
      with effector cell differentiation, such as Prdm1, Tbx21 and
      Id2. Furthermore it was shown that IRF4 bound to an IL-21
      responsive element downstream of Prdm1 (encoding BLIMP1)
      suggesting that regulation of BLIMP1 by IRF4 contributes to
      the generation of CD8+ effector cells. It is likely that IRF4
      is also essential for memory cell generation, because Irf4-/-
      CD8+ T cells also showed impaired memory formation. The
      second part focused on the IRF9-dependency of the antiviral
      CD8+ T cell response. Upon infection with LCMV Arm, Irf9-/-
      mice developed chronic disease in contrast to WT mice. This
      was accompanied by an exhausted phenotype of
      pathogen-specific CD8+ T cells in Irf9-/- mice. As a result
      Irf9-/- mice developed reduced numbers of LCMV-specific CD8+
      T cells with diminished expression of the activation marker
      KLRG1, and with impaired production of the effector cytokines
      TNFα and IFNγ. In accordance with these results Irf9-/- CD8+
      T cells strongly upregulated the inhibitory receptors PD-1
      and LAG-3. IRF9 is also involved in the positive regulation
      of the expression of the TF TBX21, which promotes terminal
      differentiation of CD8+ effector T cells and prevents
      exhaustion of CD8+ T cells during chronic infection by direct
      repression of PD-1 and regulation of LAG-3 expression. In
      conclusion the results of this PhD thesis identified a key
      role for IRF4 in the generation of functional effector CD8+ T
      cells, while IRF9 protects CD8+ T cells from exhaustion
      during acute LCMV infection.