Modulation of gene expression by viral Interleukin-6 in PEL cells

Das Humane Herpesvirus-8 (HHV-8), auch Kaposi-Sarkom assoziiertes Herpesvirus genannt (KSHV), ist bisher der einzige identifizierte, humanpathogene Vertreter der Rhadinoviren. Seit seiner Entdeckung 1994 konnte HHV-8 mit allen Formen des Kaposis Sarkoms (KS) sowie dem Primären Effusionslymphom (PEL) und der Multizentrischen Castleman-Erkrankung (MCD) assoziiert werden. Ein wichtiges Merkmal vieler Herpesviren ist, dass sie im Lauf der Evolution mehrere zelluläre Gene in ihr Genom integriert haben. Besonders deutlich wird diese sogenannte molekulare Mimikry an dem durch HHV-8 kodierten viralen Interleukin-6 (vIL-6), welches Homologie zum zellulären Interleukin-6 (hIL-6) aufweist. hIL-6 ist ein essentieller Wachstumsfaktor für eine Vielzahl B-lymphoider Tumore und spielt eine wichtige Rolle in der Pathogenese der HHV-8 assoziierten Erkrankungen. Dies legt die Vermutung nahe, dass auch das vIL-6 von pathogener Bedeutung sein könnte. Wie bisherige Studien belegten, induzieren sowohl vIL-6 als auch hIL-6 dieselben Signaltransduktionswege. Des Weiteren konnten die Expression beider Zytokine in allen mit HHV-8 assoziierten Erkrankungen nachgewiesen werden. Trotzdem ist die relative Bedeutung der beiden verwandten Zytokine für die Pathogenese der HHV-8 Infektion im Einzelnen nicht vollständig geklärt. In der vorliegenden Arbeit sollte die Funktion des vIL-6 mit Hilfe der RNA-Interferenz (RNAi) in PEL Zellen untersucht werden. Da HHV-8 infizierte PEL Zellen die IL-6 induzierte Signaltransduktion für eine uneingeschränkte Proliferation benötigen, führte die effiziente Hemmung der vIL-6 Expression zu einer zwar geringen aber dennoch signifikanten Verminderung des Wachstums. Zudem konnte eine erhöhte Produktion des hIL-6 in den vIL-6 knock-down Zellen nachgewiesen werden, was auf eine verstärkte Expression des viruskodierten replication and transcription activator (RTA), dem Hauptregulator der lytischen HHV-8 Replikation, zurückgeführt werden konnte. Die Induktion der lytischen Genexpression konnte durch den Nachweis des viralen Glykoproteins K8.1 bestätigt werden. Erst die gleichzeitige Inhibierung des viralen und zellulären Zytokins führte zu einer starken Reduzierung der Proliferation dieser PEL Zellen. Um die Spezifität der beobachteten Effekte nachzuweisen, wurden die vIL-6 knock-down Zellen mit rekombinant aufgereinigten vIL-6 (rvIL-6) oder hIL-6 (rhIL-6) behandelt. Die externe Zugabe von rvIL-6 resultierte im Gegensatz zu rhIL-6 in einer Rekonstitution des durch die vIL-6 Suppression bedingten Phänotyps. Diese Daten deuteten auf einen negativen Rückkopplungmechanismus des vIL-6 in den verwendeten PEL Zellen hin. Zudem führte die Behandlung der PEL Zellen mit rvIL-6 zur Hemmung der lytischen HHV-8 Genexpression, während die Zugabe des rhIL-6 eine Induktion zur Folge hatte. Zusammenfassend weisen diese gegensätzlichen Wirkungen des zellulären und viruskodierten Zytokins auf eine - zumindest in PEL Zellen - teilweise unterschiedliche Signaltransduktion hin.The human herpesvirus-8 (HHV-8) also termed Kaposi’s sarcoma associated herpesvirus (KSHV) is the first known human member of the genus rhadinovirus. Since its discovery in 1994 KSHV is known to be associated with all forms of Kaposi´s sarcoma (KS) as well as primary effusion lymphoma (PEL) and multicentric Castleman disease (MCD). A hallmark of many herpesviruses is the incorporation of cellular genes in the genome during evolution. This so called molecular mimicry is especially obvious by the virus encoded interleukin-6 (vIL-6), a protein with homology to human interleukin-6 (hIL-6). As hIL-6 acts as an essential growth factor in several B-lymphoid malignancies and has also been implicated in the pathogenesis of KS, the viral interleukin-6 (vIL-6) is likely to be of pathogenetic importance. However, as signal transduction cascades induced by vIL-6 and hIL-6 are thought to be essentially identical and both cytokines are produced in KSHV-associated malignancies, the relative importance of these related cytokines in KSHV-induced malignancies is still not clear. In the present work, RNA-interference was used to examine the function of vIL-6 in primary effusion lymphoma (PEL) cells. Because PEL cells are dependent on (v)IL-6 induced signal transduction, a nearly complete knock-down of vIL-6 expression was accompanied by a moderate, but significant reduction of PEL cell proliferation. In addition, expression of both KSHV lytic genes (RTA and gpK8.1) and of hIL-6 was increased. Inhibition of both vIL-6 and hIL-6 resulted in a marked decrease of cell proliferation. The specificity of the observed effects could be proven by the addition of recombinant vIL-6 and/or hIL-6 to the cell culture media. Addition of rvIL-6, but not rhIL-6 resulted in a reconstitution of the siRNA-mediated phenotype. At least in KSHV-infected PEL cells, a negative feed-back loop exists for vIL-6, but not hIL-6 expression. In addition, whereas vIL-6 reduced the expression of vIL-6 and RTA thus promoting KSHV latency, addition of hIL-6 resulted in increased gene expression from lytic viral promoters. In summary, although both vIL-6 and hIL-6 signal via the same cellular receptor, the signal cascades induced in PEL cells are - at least in part - distinct