English Title: The pathophysiological role of infection of liver sinusoidal endothelial cells with murine cytomegalovirus

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Abstract

Zytomegalieviren wie humanes Zytomegalievirus (HCMV) und murines Zytomegalievirus (MCMV) sind DNA-Viren, die nach Primärinfektion lebenslang im infizierten Wirtsorganismus in einem latenten Zustand verbleiben können. In etwa 50-70% der Bevölkerung weltweit sind seropositiv für HCMV. Klinisch verläuft die Infektion mit HCMV für gewöhnlich asymptomatisch, vorausgesetzt der infizierte Wirt weist ein intaktes Immunsystem auf. Zytomegalieviren haben zahlreiche aktive Mechanismen entwickelt, um der drohenden Immunantwort des infizierten Wirtsorganismus zu entgehen. Die Manipulation der MHC-Klasse-I Antigenpräsentation stellt nur ein Beispiel der unzähligen viralen Evasionsmechanismen von Zytomegalieviren dar, um während einer antiviralen Immunantwort unerkannt zu bleiben. Außerdem besitzten Zytomegalieviren einen natürlichen Tropismus für Endothelzellen. Die Leber favorisiert eher Toleranz als Immunität. Unter den hepatischen Zellpopulationen, die für die Induktion von Immuntoleranz in Frage kommen, konnten sinusoidalen Endothelzellen der Leber (LSEC) als sessile antigenpräsentierende Zellen (APC) identifiziert werden. LSEC sind in der Lage, systemische antigenspezifische Immuntoleranz in CD8+-T-Zellen zu induzieren. Im Zuge der Dissertation sollte nun untersucht werden, welche physiologische Rolle eine Infektion von LSEC mit murinem Zytomegalievirus (MCMV) spielt und welche Konsequenzen sie nach sich zieht. Die Analyse der Infektion von LSEC mit MCMV hat gezeigt, dass LSEC permissiv für eine Infektion mit MCMV sind. Die Infektion von LSEC mit MCMV verläuft nicht-produktiv. LSEC sind in der Lage, Virionen effizient aufzunehmen. Dabei hat sich herausgestellt, dass an LSEC gebundenes Virus weiterhin infektiös bleibt und permissive Zielzellen effizient in trans infizieren kann. Diese Beobachtung spricht für eine Funktion infizierter LSEC als zentrale virale Propagationsplattform innerhalb des Wirtsorganismus. Durch die Analyse der immunologisch relevanten Oberflächenmoleküle infizierter LSEC konnte beobachtet werden, dass LSEC durch eine Infektion mit MCMV keiner phänotypischen Veränderung ausgesetzt sind. Außerdem konnte nach Infektion von LSEC mit MCMV keine Beeinträchtigung in der Aufnahme exogener Antigene festgestellt werden. Die Präsentation exogener, als auch endogener viral kodierter Antigene führt zu Immuntoleranz in CD8+-T-Zellen in vitro. Die aktiven Mechanismen viraler Immunevasion scheinen bei LSEC im Gegensatz zu dendritischen Zellen (DC) nicht zu greifen. Die funktionelle Analyse infizierter LSEC in einem Pilotexperiment lieferte zudem einen deutlichen Hinweis darauf, dass LSEC eine wichtige physiologische Rolle in der Induktion von CD8+-T-Zelltoleranz gegenüber viral kodierten Antigenen in vivo spielen. Die Daten legen den Schluss nahe, dass die Infektion tolerogener LSEC mit MCMV einen neuartigen passiven viralen Immunevasions -mechanismus beschreibt. LSEC nehmen dabei eine Brückenfunktion wahr, indem sie den Übergang von früher zu später Phase der Infektion mit MCMV sicherstellen.

Translation of abstract (English)

SUMMARY Cytomegaloviruses are large DNA viruses, once infected with will stay lifelong in a latent state in the infected host. Around 50-70% of the population worldwide is seropositive for human cytomegalovirus (HCMV). Infection with HCMV is usally harmless as long as the infected host is immunocompetent. Permanent immune surveillance is required to maintain the virus in its latent state. During their coevolution with their specific host, cytomegaloviruses like HCMV and murine cytomegalovirus (MCMV) have evolved a wide variety of strategies to evade the host´s immune system and thus recognition. Interference with the MHC-class-I antigen presentation pathway is just one example out of many viral mechanisms to escape an antiviral immune response. Furthermore, it has been shown that cytomegaloviruses display a natural tropism for endothelial cells. Transplant surgery studies suggest that the liver is involved in tolerance induction. Among the liver resident cells, liver sinusoidal endothelial cells (LSEC) have been identified as tolerogenic antigen presenting cells that are capable of inducing antigen specific systemic immune tolerance in CD8+ T cells. In the thesis it was questioned what physiological role an infection of LSEC with MCMV plays and what consequences it would have in the context of the course of infection. LSEC are permissive for infection with MCMV although non-productive. Incubation of LSEC with MCMV leads to efficient viral uptake. Viruses bound to LSEC has been found to be infectious and support in trans infection of permissive target cells by infected LSEC. Therefore LSEC seem to serve as a viral propagation platform in the infected host. Also, MCMV infection of LSEC did not result in an alteration of the immunologically relevant surface molecules. LSEC were still able to take up exogenous antigen and to present exogenous as well as endogenous antigens in the context of MHC-class-I during infection. This resulted in the induction of CD8+ T cell tolerance in vitro. Thus, the active immune evasion strategies of MCMV do not seem to have an effect on LSEC compared to dendritic cells (DC). Moreover, the functional analysis of MCMV infected LSEC in a pilot experiment has supported the hypothesis that LSEC play an important role in the induction of CD8+ T cell tolerance towards virally encoded antigens in vivo. Therefore, MCMV infection of LSEC describes a novel passive viral immune escape mechanism. LSEC functions as a bridge in ensuring the transition of the early to the late phase of infection.