Characterization of the atypical NF-κB-inhibitory protein IκBNS in natural killer cells and T cells

Abstract

The NF-κB transcription pathway is extremely important for immune responses and homeostasis. Therefore, strong regulation of it is absolutely necessary. One of these regulatory mechanisms is the existence of nuclear IκB proteins. Although good progress has been made in elucidating their role, there is still a lot to be discovered about their function in the immune system. This is even more important, since the characteristic of nuclear IκBs to act either as enhancers or suppressors of NF-κΒ, depending on the cell type, grants them the ability to fine tune the immune response. Thus, the nuclear IκBs possess interest as pharmacological targets. During this thesis, the expression of the nuclear NF-κB regulator IκBNS in several types of immune cells was measured and its role in NK, TH1 and Treg cells was investigated by the use of novel conditional deletion mouse models. IκBNS in NK cells, was found to be important in regulating T cell homeostasis. Also, it was found to suppress a B cell developmental pathway. In T cells, IκBNS was shown to be crucial for the early stages of TH1 differentiation. Also, mice where IκBNS was missing in T cells, were less susceptible to Leishmania major infection. They showed a faster and earlier immune response and had reduced numbers of regulatory T cells in the periphery. In contrast to control mice, the IκBNS-deficient animals were able to better eliminate Leishmania and prevent persistent infection. Moreover, differential-expression analysis showed that IκBNS-deficient effector and naive Tregs had impaired calcium signalling and an elevated WNT pathway, which would lead to impaired Treg function. Overall, this thesis demonstrated that IκBNS is crucial for a number of effector cells of the immune system, such as NK cells, TH1 cells and regulatory T cells. This was confirmed in an in vivo model of Leishmania infection by the use of novel conditional knock out mice. The fact that IκBNS deletion in T cells does not cause any autoimmunity, but is beneficial in the context of Leishmania major infection, emphasizes the possibility that IκBNS is an interesting drug target.

Der Transkriptionsfaktor NF-kB spielt eine wichtige Rolle bei Immunantworten und der Zellhomöostase. Deshalb ist eine strikte Regulation von NF-kB entscheidend. Einer dieser Regulationsmechanismen basiert auf nukleären IkB Proteinen. Obwohl die nukleären IkB Proteine schon geraume Zeit untersucht werden, ist noch vieles über deren Funktion im Immunsystem unbekannt. Da sie als Aktivator oder Suppressor in Abhängigkeit des Zelltyps wirken, regulieren sie Immunantworten sehr genau. Deswegen sind sie auch für pharmakologische Fragestellungen interessant. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die Expression des nukleären NF-kB Regulators IkBNS in verschiedenen Immunzellen bestimmt, und dessen Rolle in natürlichen Killerzellen, Th1 Zellen und regulatorischen T-Zellen unter Nutzung von neuen konditionalen Mausmodellen analysiert. Es stellte sich heraus, dass IkBNS in natürlichen Killerzellen bei der Regulierung von T-Zellhomöostase entscheidend ist. Außerdem unterdrückt IkBNS bestimmte Transkriptions-faktoren in natürlichen Killerzellen, die ein B-Zell-spezifisches Differenzierungsprogramm in Lymphozyten induzieren. In T-Zellen hat IkBNS eine wichtige Bedeutung in der frühen Phase der Th1 Differenzierung. Mäuse, bei denen IkBNS in T-Zellen fehlt, waren weniger anfällig für Leishmania major Infektionen. Sie zeigten eine schnellere und frühere Immunantwort und hatten eine reduzierte Anzahl an regulatorischen T-Zellen in der Peripherie. Im Gegensatz zu den Kontrollmäusen, waren die IkBNS-defizienten Tiere in der Lage, die Leishmanien zu eliminieren und eine persistierende Infektion zu verhindern. Die Mäuse RNA-Sequenzierung ergab, dass IkBNS-defiziente regulatorische T-Zellen einen verminderten Calcium-Signalweg und einen erhöhten WNT-Signalweg aufwiesen, was auf eine verschlechterte Funktion der regulatorischen T-Zellen hindeutet. Somit zeigte diese Doktorarbeit, dass IkBNS eine wichtige Rolle für eine Anzahl von Effektor-Immunzellen wie etwa natürliche Killerzellen, Th1 Zellen und regulatorische T-Zellen spielt. Dies wurde auch im in vivo Modell mittels Leishmanien Infektion in konditionalen Knock-out Mäusen bestätigt. Da IkBNS Deletion in T-Zellen keine Autoimmunität verursachte, aber hilfreich bei der Bekämpfung von Leishmania major Infektionen war, kann geschlossen werden, dass IkBNS eine potentielle pharmakologische Zielstruktur darstellt.