Intracellular immunity

Antistoffer er nøkkelmolekyler i immunsystemet. Det har vært antatt at antistoffer kun har sin funksjon utenfor celler, i blod, vev og på slimhinner, men helt ny forskning viser at antistoffer også er aktive inne i infiserte celler. Antistoffer binder TRIM21, et reseptor molekyl som finnes i cellenes cytosol. Vi har brukt adenovirusinfeksjon som modellsystem og studert hvordan IgG binding til både virus og reseptor utløser virusnedbrytning og også betennelsesreaksjoner før virusinfeksjonen rekker å spre seg til andre celler. Vi har produsert paneler av IgG varianter og testet dem for evne til å hemme virusproduksjon og signalene som fremme betennelse. Vi finner at viruspartikler som er dekket av IgG blir nøytralisert selv under suboptimale betingelser, mens signalene som fremmer betennelse er underlagt strengere regulering. Det fører til at betennelsesreaksjonen er nøye avstemt i forhold til alvorligheten av infeksjonen. Komplementsystemet er viktig for antistoff-forsvaret. Antistoffer bundet til mikrober rekrutterer komplementmolekyler som starter mikrobeødeleggelse. Vi har vist hvordan komplement samvirker med TRIM21 for å blokkere adenovirusinfeksjon. Mennesker har 4 ulike subklasser av IgG (IgG1, IgG2, IgG3 og IgG4). De fire subklassene har ulik struktur, og IgG3 induserer en mer potent TRIM21 drevet reaksjon enn de andre. Dette skyldes overlegen fleksibilitet, noe som gir god tilgjengelighet ved kompleksdannelse. Komplementavhengig virusnøytralisering ble også funnet å være subklasseavhengig, og igjen var det IgG3 som var mest effektiv. Adenovirusvektorer brukes i genterapi, til å indusere antitumor immunitet og i vaksinasjon mot virusinfeksjon. Vi har studert hvordan antistoffer indusert etter tidligere adenovirusinfeksjoner hindrer effektiv genterapi hos mange individer. Adenovirusinfeksjon er nemlig svært vanlig. Antistoffene binder TRIM21 og dirigerer adenovirusdegradering. Effektiv genterapi kan oppnås ved å dekke til og beskytte viruspartiklene ved såkalt Fab-shielding slik at TRIM21 ikke slipper til. Forskningen er et godt eksempel på hvordan grunnleggende innsikt i de biologiske mekanismene som nedkjemper virusinfeksjon kan bane vei for utvikling av mer sofistikert genterapi. Videre vil den nye kunnskapen om hvordan ulike IgG varianter beskytter mot virusinfeksjon brukes til design av skreddersydde IgG varianter med særlig god antivirusbeskyttelse.

Adenoviral vectors hold great promise for gene therapy and the induction of antitumor immunity. However, preexisting antibodies elicited by natural infection with adenovirus may prevent th expression of the transgene carried by such vectors. We have shown how a cytoplasmic receptor, TRIM21, participates in neutralizing adenovirus and related viruses. Once the antibodies on the gene-delivery vehicle are in the cytoplasm, they interact with TRIM21 and initiate destruction of the virus. In addition, the antibody-TRIM21 interaction sets off cascades of inflammatory signaling, which can be deleterious. Importantly, efficient gene therapy can be improved by Fab- mediated virus shielding. We have produced panels of engineered antibody variants that we have tested for their ability to neutralize virus in a TRIM21 and complement dependent manner. The results will guide the design of engineered IgGs with improved antiviral activity.

Antibodies (Abs) are key molecules in the defence against pathogens such as viruses and bacteria. Although previously thought to give protection solely in the extracellular environment and inside intracellular vesicles, recent research has revealed that Abs also function in the cytosol of infected cells. Most virus infections occur at mucosal surfaces, where IgG molecules are present as they are carried across polarized cells by the neonatal Fc receptor (FcRn). This project aims to elucidate the intracellular anti-viral activity of IgG, and how intracellular receptors for the Fc region of IgG expressed by epithelial cells contribute. Humans have four subclasses of IgG; IgG1, 2, 3 and 4. All four bind FcRn, an endosomal Fc receptor, as well as TRIM21, a recently characterized cytosolic Fc receptor. While FcRn captures IgG-virus complexes in vesicular transit across cell layers, virus-IgG complexes that enter the cytosol, are recognized by TRIM21. Upon binding, TRIM21 activates proinflammatory signalling pathways and targets the complexes for proteasomal degradation. My research group has new and exciting results showing that the intracellular anti-viral activity of IgG3 is far better than that of the other subclasses. While signalling was found to be TRIM21 dependent, inhibition of virus production was not, and strong in cells that did not express TRIM21. Thus, IgG3 uses a TRIM21 independent, as yet unknown mechanism. This project aims to characterize the molecular mechanism at play and will surely provide groundbreaking new insights into anti-viral immune responses, and pave the way for design of new therapeutics. We will also design IgG variants to study how and why IgG3 differs from the other subclasses. The IgG variants will have specificity for human adenovirus (AdV5) or human immunodeficiency virus (HIV) and be tested for antiviral activity in established cellular assays by us at the University of Oslo (AdV5) or The Scripps Research Institute (HIV).