title: The immunoregulatory functions of adenosine deaminase acting on RNA 1 (ADAR1)
title: Die immunregulativen Funktionen von adenosine deaminase acting on RNA 1 (ADAR1)
Creators: name: Großmann, Jenny
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: differentiation
TRIF
Typ I Interferon
Differenzierung
dendritische Zellen
IRF3
ADAR1
Makrophagen
Medizin, Gesundheit
Editierung
Type I Interferon

description: Goal of this study was to
      characterize the immunoregulatory functions of ADAR1. The
      special domain structure as well as the IFN inducibility of
      ADAR1 supposes a function beyond the editing of known
      neuronal specific substrates. Some studies already associated
      ADAR1 with signaling processes within the type I IFN
      response, but the underlying mechanisms are largely unknown.
      Therefore the ADAR1-dependent involvement in the type I IFN
      response in the context of contact with various PRR ligands
      and viruses was investigated and potential cell type specific
      effects were characterized. For this purpose murine
      ADAR1-deficient macrophages and dendritic cells were
      established using the Cre/loxP recombination system
      (ADAR1f7-9/ LysMCre or CD11cCre). For the human system an
      ADAR1 knockdown in human monocytes was developed by the use
      of siRNAs. The analysis of the type I IFN activation
      potential by different PRR ligands and viruses showed in
      ADAR1-deficient in comparison to ADAR1-competent murine
      macrophages as well as in human monocytes a strongly modified
      release of type I IFNs in dependency on ADAR1. While
      stimulation with TRIF-dependent PRR ligands led to an
      increased IFNβ release, type I IFN response upon stimulation
      with viral PAMPs or infection with viruses, that trigger the
      signaling pathway in a TRIF-independent manner, was strongly
      decreased. Further investigations of signaling molecules,
      important for the induction of type I IFNs, revealed a
      remarkable pronounced type I IFN signature in ADAR1-deficient
      macrophages upon TRIF-dependent stimulation consistent with
      the increased IFNβ levels. Surprisingly ADAR1 deficiency
      increased even in context of TRIF-independent stimulation the
      type I IFN signature, however secretion of type I IFNs was
      strongly decreased. Notably IRF3 as well as the activated
      phosphorylated form were increased upon TRIF-dependent as
      well as TRIF-independent stimulation. Immunofluorescence data
      showed that in case of TRIF-independent signaling despite
      elevated IRF3 level the nuclear translocation of IRF3 was
      abolished in ADAR1-deficient macrophages, while
      TRIF-dependent stimulation still led to an efficient IRF3
      translocalization. These findings indicate for ADAR1 a newly
      so far unknown function as an important modulator of type I
      IFN responses to PRR ligands and viral infections. In this
      context ADAR1 exerted on the one hand inhibitory functions on
      the TRIF-IRF3 axis in the type I IFN induction pathway, while
      in contrast to that IRF3 translocation downstream of TRIF
      independent signaling was strongly promoted by ADAR1 and
      hence revealed for ADAR1 in this case an activator function
      in IRF3-dependent type I IFN response. Consistently a
      significant ADAR1 dependent effect on the type I IFN
      activation potential of pDCs, which trigger the type I IFN
      response independently of IRF3, could not be observed.
      Further experiments have to elucidate the underlying
      mechanisms of the modulatory functions of ADAR1 on the IRF3
      translocation as well as on the TRIF activity. Additionally
      in the course of the analyses of different ADAR1 deficient
      immune cells a critical role for ADAR1 function in the
      differentiation of certain cDC populations was observed in
      vitro as well as in vivo. The in vitro differentiation of
      mDCs in ADAR1-deficient cultures was completely lost, while
      in vivo the CD103-positive cDC population in different
      peripheral organs of conditionally ADAR1-deficient mice was
      not detectable. Since in vitro generated cDCs as well as the
      CD103-positive cDC population in vivo show a dependency on
      GM-CSF signaling, a defect in this signaling pathway mediated
      by the ADAR1 deficiency suggested itself. Further
      investigations will clarify this issue and moreover a
      potential functional relation between the dysregulated cDC
      differentiation and a possibly increased type I IFN
      signature.
description: Im Rahmen dieser Arbeit wurden die
      immunregulativen Funktionen von ADAR1 charakterisiert. Die
      besondere Domänenstruktur sowie die IFN-Induzierbarkeit von
      ADAR1 lassen eine Funktion über die Editierung bekannter,
      neuronal spezifischer Substrate hinaus annehmen. Durch einige
      Studien wurde diesbezüglich ein Zusammenhang von ADAR1 mit
      Typ I IFN-Signalwegen diskutiert, aber die Substrate bzw. die
      zugrundeliegenden Mechanismen sind weitgehend unverstanden.
      Daher sollte die ADAR1-abhängige Beteiligung an der Typ I
      IFN-Antwort, im Kontext verschiedener PRR-Liganden und Viren,
      in verschiedenen Immunzellen ADAR1-defizienter Modelle
      untersucht und mögliche zelltypspezifische Effekte
      charakterisiert werden. Für die Untersuchungen wurden murine
      ADAR1-defiziente Makrophagen und dendritische Zellen auf
      Grundlage des Cre/loxP-Rekombinationssystems generiert
      (ADAR1f7-9/LysMCre oder CD11cCre). Für das humane System
      wurde ein siRNA-vermittelter Knockdown in Monozyten
      etabliert. Die Untersuchung des Typ I
      IFN-Aktivierungspotentials von ADAR1-defizienten im Vergleich
      zu ADAR1-kompetenten, murinen Makrophagen sowie von humanen
      Monozyten durch verschiedene PRR-Liganden und Viren zeigte
      eine stark ADAR1-abhängige, modulierte Sekretion von Typ I
      IFN (Abb. 6.1). Während die Stimulation mit TRIF-abhängigen
      PRR-Liganden zu einer verstärkten IFNβ-Freisetzung führte,
      war die Typ I IFN-Antwort nach Stimulation mit viralen PAMPs
      oder Infektion mit Viren, die die Signalgebung
      TRIF-unabhängig vermitteln, in ADAR1-defizienten Zellen stark
      reduziert. Weitere Untersuchungen der für die Typ I
      IFN-Signalgebung wichtigen Moleküle offenbarten eine
      ausgeprägte Typ I IFN-Signatur in ADAR1-defizienten Zellen
      nach TRIF-abhängiger Stimulation entsprechend den
      beobachteten erhöhten IFNβ-Spiegeln. Überraschenderweise
      wurde auch im Kontext TRIF-unabhängiger Stimulation die Typ I
      IFN-Signatur durch die ADAR1-Defizienz erhöht, während aber
      die Typ I IFN-Freisetzung stark reduziert war. Besonders die
      Expression von IRF3 sowie der aktivierten, phosphorylierten
      Form war sowohl nach TRIF-abhängiger als auch nach
      TRIF-unabhängiger Stimulation erhöht. Immunfluoreszenz-Daten
      zeigten, dass im Kontext TRIF-unabhängiger Stimulation trotz
      der erhöhten IRF3-Expression, die nukleäre Translokation in
      ADAR1-defizienten Makrophagen ausblieb, während die
      TRIF-abhängige Stimulation eine effiziente IRF3-Translokation
      vermittelte. Diese Daten weisen ADAR1 eine bisher unbekannte
      Funktion als wichtigen Modulator der IRF3-vermittelten Typ I
      IFN-Antwort zu. In diesem Zusammenhang übt ADAR1 zum einen
      eine inhibitorische Funktion auf die TRIF-IRF3-Achse der Typ
      I IFN-Induktion aus. Zum anderen wird die IRF3-Translokation
      über die TRIF-unabhängige Signalgebung durch ADAR1
      begünstigt, womit sich ADAR1 hier als Aktivator der
      IRF3-vermittelten Typ I IFN-Antwort zeigt. Folgerichtig
      konnte kein signifikanter, ADAR1-abhängiger Effekt auf das
      Typ I IFN-Aktivierungspotential von pDCs beobachtet werden,
      die als auf IFN-Produktion spezialisierte Zellen die Typ I
      IFN-Antwort unabhängig von IRF3 induzieren. Zukünftige
      Untersuchungen werden die zugrundeliegenden Mechanismen der
      modulatorischen Funktionen von ADAR1 auf die
      IRF3-Translokation sowie auf die TRIF-Aktivität klären
      müssen. Im Zuge der Untersuchung verschiedener
      ADAR1-defizienter Immunzellen wurde über den modulatorischen
      Effekt auf die Typ I IFN-Antwort hinaus, eine kritische Rolle
      der ADAR1-Funktion auf die Differenzierung von bestimmten
      cDCs in vitro sowie in vivo aufgezeigt. In vitro blieb in
      ADAR1-defizienten GM-CSF-Kulturen die Differenzierung zu mDCs
      vollständig aus, während in vivo die CD103-positive
      cDC-Zellpopulation in verschiedenen peripheren Organen
      konditionell ADAR1-defizienter Mäuse nicht detektiert werden
      konnte. Da sowohl die in vitro generierten mDCs als auch die
      CD103-positiven cDC-Population in vivo in Abhängigkeit von
      der GM-CSF-Signalgebung stehen, liegt ein durch die
      ADAR1-Defizienz-vermittelter Defekt dieser Signalgebung nahe.
      Weiterführende Experimente werden dies sowie einen möglichen
      Zusammenhang der dysregulierten cDC-Differenzierung mit den
      in Makrophagen beobachteten erhöhten Typ I IFN-Signatur
      klären müssen.