The multifactorial regulation of the immune checkpoint PD-L1 in the course of H. pylori infection

Abstract

Eines der prävalentesten humanen Pathogene ist das Magenbakterium Helicobacter pylori, welches ca. die Hälfte der Weltbevölkerung infiziert. Die Persistenz geht mit einer chronischen Gastritis einher, welche bis zu Magenkrebs fortschreiten kann. H.pylori bedient sich diverser Mechanismen um sich der Erkennung des Immunsystems zu entziehen und somit eine chronische Infektion zu ermöglichen. Erhöhte Expression des Immunzellinhibitors PD-L1 wurde in Magenepithelzellen gefunden, welche mit diesem Gram-negativen Erreger infiziert wurden. In dieser Arbeit wurde die Regulation auf in vitro Ebene untersucht, wobei zwei unterschiedliche Mechanismen identifiziert wurden. Ursächlich für die frühe PD-L1-Induktion ist die ADP-heptose/ALPK1 Signalkaskade. Der bakterielle Metabolit ADP-heptose, welcher für die Bildung von LPS benötigt wird, wurde als PAMP identifiziert, welcher durch das Sekretionssystems cagT4SS in die infizierte transportiert und anschließend von der Host Kinase ALPK1 erkannt wird. Gegensätzlich hierzu, wurde festgestellt, dass die zweite PD-L1-Hochregulation auf der metabolischen Reprogrammierung des Wirts beruht. Ein Merkmal von H. pylori ist dessen Bedarf an Cholesterin, welches es aus dem Medium oder aus membranösen Lipidregionen des Wirts extrahiert wird. Es konnte bewiesen werden, dass dieser Sterol-Abbauprozess zu einer erhöhten Stoffwechselaktivität führt, die spezifisch mit einer Zunahme der Glykolyse verbunden ist und mit einer Expressionsverschiebung des ersten Glykolyseenzyms Hexokinase von der Isoform 1 zu 2 einhergeht. Knockdown und Knockout- Experimente wiesen auf einen Zusammenhang mit der Regulation des Immunzellinhibitoren PD-L1 hin.

One of the most prevalent bacteria is the gastric bacterium Helicobacter pylori, which infects half of the world’s population. Persistence is accompanied with chronic gastritis which can progress towards gastric cancer. Several strategies are used by H.pylori to evade the immune system, enabling chronic infection. Heightened expression of the immune cell inhibitor PD-L1 was found in gastric epithelial cells, infected with this Gram-negative pathogen. Within this thesis, upregulation was studied in in vitro models, revealing two distinct mechanism. Causative for early PD-L1 induction is the ADP heptose/ALPK1 signaling axis. The bacterial metabolite ADP heptose, which is needed for LPS synthesis, was identified as PAMP, which is transported through the secretion system cagT4SS into the infected cell and is recognized by the host kinase ALPK1. In contrast, late upregulation of PD-L1 was found to be linked to metabolic reprogramming upon infection. Characteristic to H.pylori is its need of cholesterol, which it has to extract from the surrounding medium or lipid-rich regions within the host membrane. It could be shown that this sterol extraction process is accompanied with an increased metabolic activity which is linked with enhanced glycolysis and an expression shift of the glycolytic enzyme hexokinase isoform 1 to 2. Knockdown and knockout experiments showed a link between HK2 and regulation of the immune checkpoint PD-L1.