Leveren er et avgjørende organ for systemisk metabolisme i kroppen vår. Bortsett fra omsetningen av biomolekyler og stoffskifte, leverens hovedfunksjon er fjerning av giftige stoffer fra organismen. Hepatocytter, eller leverceller, er den mest utbredte celletypen og funksjonelle enheten i leveren. De er metabolske kraftverk i den friske organismen, men de fungerer også som viktige immunsignalplattformer under infeksjoner. Som sådan, de har potensial til å reagere på en rekke cytokiner - små molekyler som er avgjørende for koordinering av immunresponser.
Tidligere studier innen immunologi og metabolisme, eller immunmetabolisme, avdekket banebrytende mekanismer om hvordan celler i immunsystemet må justere stoffskiftet for å utføre sine funksjoner for å bekjempe patogener og kreft. Bygger på dette, Andreas Bergthaler og hans gruppe ved CeMM hadde som mål å studere de immunometaboliske endringene som oppstår i hele organismen under infeksjon. De fokuserte spesielt på leveren på grunn av dens viktige rolle i å kontrollere systemisk metabolisme.
For å dissekere de involverte komplekse prosessene, forfatterne benyttet seg av referansemodellen for kronisk infeksjon, lymfocytisk choriomeningittvirus (LCMV). Forskning med LCMV hadde allerede ført til grunnleggende innsikt i immunologi de siste 80 årene, og bidro spesielt til tre nobelpriser. Blant dem er Nobelprisen i fysiologi eller medisin 2018, som ble tildelt James Allison og Tasuku Honjo for deres oppdagelser knyttet til de revolusjonerende nye kreftimmunoterapiene som utnytter kroppens egne immundrepende celler, eller CD8 T -celler.
Den nåværende studien av Alexander Lercher, Anannya Bhattacharya et al. er resultatet av tverrfaglige samarbeid med forskere fra Medical University of Vienna og University of Veterinary Medicine i Wien (Østerrike), så vel som fra Hannover Medical School (Tyskland), Cantonal Hospital St. Gallen (Sveits) og selskapet Bio-Cancer Treatment International Ltd (Kina). Studien ble designet som en integrert, upartisk tilnærming for å undersøke de molekylære endringene i leveren under kronisk infeksjon. Ved siden av forventede inflammatoriske endringer, forfatterne identifiserte spennende endringer i hepatocyttmetabolismen. Mange sentrale metabolske veier, blant dem urinsyklusen, ble funnet å være undertrykt ved infeksjon. Ureasyklusen er avgjørende for å fjerne giftig ammoniakk fra kroppen for å forhindre hjerneskade. Overraskende, forskerne identifiserte den antivirale cytokinsignaliseringsveien av type I interferoner (IFN-I) som en regulator av ureasyklusen. Dette resulterte i endrede blodkonsentrasjoner av aminosyrene arginin og ornitin. "Et nøkkeleksperiment for oss var at da vi fjernet reseptoren for IFN-I på overflaten av hepatocytter, vi så ikke disse metabolske endringene lenger ", sier Alexander Lercher, første forfatter av studien og doktorgradsstudent i laboratoriet til CeMM rektor etterforsker Andreas Bergthaler. De systemiske endringene av arginin og ornitin ble funnet å hemme antivirale CD8 T -cellersvar og redusere leverskade.
En av de viktigste avsløringene av denne studien var identifiseringen av IFN-I-signalering som en hovedregulator for undertrykkelse av metabolske prosesser i hepatocytter ved infeksjon. "Vi ble virkelig overrasket over at et antiviralt molekyl påvirker så vitale biologiske prosesser som ureasyklusen under infeksjon", sier Michael Trauner, medforfatter av studien og leder for Institutt for gastroenterologi og hepatologi ved det medisinske universitetet i Wien. Sammen, disse funnene kaster nytt lys over hvordan kroppens immunsystem utviklet seg for å regulere levermetabolisme som modulerer CD8 T -cellers respons og reduserer kollateral vevsskade under infeksjon. Andreas Bergthaler:"Vi anser denne studien som et viktig bidrag til feltet systemisk immunmetabolisme. Den fremhever også leverens sentrale rolle for immunsystemet vårt og hvordan organer i kroppen kommuniserer gjennom metabolitter." I fremtiden, slike funn kan utnyttes til terapeutisk inngripen i reguleringen av metabolske prosesser for å modulere CD8 T -cellers respons ved forskjellige sykdommer som infeksjon, kreft og autoimmunitet.