Familial chilblain lupus is a monogenic form of cutaneous lupus erythematosus caused by loss-of-function mutations in the nucleases TREX1 or SAMHD1. In a family without TREX1 or SAMHD1 mutation, we ...sought to determine the causative gene and the underlying disease pathology.
Exome sequencing was used for disease gene identification. Structural analysis was performed by homology modelling and docking simulations. Type I interferon (IFN) activation was assessed in cells transfected with STING cDNA using an IFN-β reporter and Western blotting. IFN signatures in patient blood in response to tofacitinib treatment were measured by RT-PCR of IFN-stimulated genes.
In a multigenerational family with five members affected with chilblain lupus, we identified a heterozygous mutation of STING, a signalling molecule in the cytosolic DNA sensing pathway. Structural and functional analyses indicate that mutant STING enhances homodimerisation in the absence of its ligand cGAMP resulting in constitutive type I IFN activation. Treatment of two affected family members with the Janus kinase (JAK) inhibitor tofacitinib led to a marked suppression of the IFN signature.
A heterozygous gain-of-function mutation in STING can cause familial chilblain lupus. These findings expand the genetic spectrum of type I IFN-dependent disorders and suggest that JAK inhibition may be of therapeutic value.
Immune recognition of cytosolic DNA represents a central antiviral defence mechanism. Within the host, short single-stranded DNA (ssDNA) continuously arises during the repair of DNA damage induced by ...endogenous and environmental genotoxic stress. Here we show that short ssDNA traverses the nuclear membrane, but is drawn into the nucleus by binding to the DNA replication and repair factors RPA and Rad51. Knockdown of RPA and Rad51 enhances cytosolic leakage of ssDNA resulting in cGAS-dependent type I IFN activation. Mutations in the exonuclease TREX1 cause type I IFN-dependent autoinflammation and autoimmunity. We demonstrate that TREX1 is anchored within the outer nuclear membrane to ensure immediate degradation of ssDNA leaking into the cytosol. In TREX1-deficient fibroblasts, accumulating ssDNA causes exhaustion of RPA and Rad51 resulting in replication stress and activation of p53 and type I IFN. Thus, the ssDNA-binding capacity of RPA and Rad51 constitutes a cell intrinsic mechanism to protect the cytosol from self DNA.
The HIV restriction factor, SAMHD1 (SAM domain and HD domain-containing protein 1), is a triphosphohydrolase that degrades deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs). Mutations in SAMHD1 cause ...Aicardi-Goutières syndrome (AGS), an inflammatory disorder that shares phenotypic similarity with systemic lupus erythematosus, including activation of antiviral type 1 interferon (IFN). To further define the pathomechanisms underlying autoimmunity in AGS due to SAMHD1 mutations, we investigated the physiological properties of SAMHD1.
Primary patient fibroblasts were examined for dNTP levels, proliferation, senescence, cell cycle progression and DNA damage. Genome-wide transcriptional profiles were generated by RNA sequencing. Interaction of SAMHD1 with cyclin A was assessed by coimmunoprecipitation and fluorescence cross-correlation spectroscopy. Cell cycle-dependent phosphorylation of SAMHD1 was examined in synchronised HeLa cells and using recombinant SAMHD1. SAMHD1 was knocked down by RNA interference.
We show that increased dNTP pools due to SAMHD1 deficiency cause genome instability in fibroblasts of patients with AGS. Constitutive DNA damage signalling is associated with cell cycle delay, cellular senescence, and upregulation of IFN-stimulated genes. SAMHD1 is phosphorylated by cyclin A/cyclin-dependent kinase 1 in a cell cycle-dependent manner, and its level fluctuates during the cell cycle, with the lowest levels observed in G1/S phase. Knockdown of SAMHD1 by RNA interference recapitulates activation of DNA damage signalling and type 1 IFN activation.
SAMHD1 is required for genome integrity by maintaining balanced dNTP pools. dNTP imbalances due to SAMHD1 deficiency cause DNA damage, leading to intrinsic activation of IFN signalling. These findings establish a novel link between DNA damage signalling and innate immune activation in the pathogenesis of autoimmunity.
Loss-of-function CECR1 mutations cause polyarteritis nodosa (PAN) with childhood onset, an autoinflammatory disorder without significant signs of autoimmunity. Herein we describe the unusual ...presentation of an autoimmune phenotype with constitutive type I interferon activation in siblings with adenosine deaminase 2 (ADA2) deficiency.
We describe two siblings with early-onset recurrent strokes, arthritis, oral ulcers, discoid rash, peripheral vascular occlusive disease and high antinuclear antibody titers. Assessment of interferon signatures in blood revealed constitutive type I interferon activation. Aicardi-Goutières syndrome (AGS) was suspected, but no mutation in the known AGS genes were detected. Whole exome sequencing identified compound heterozygosity for a known and a novel mutation in the CECR1 gene. Functional consequences of the mutations were demonstrated by marked reduction in ADA2 catalytic activity.
Our findings demonstrate that ADA2 deficiency can cause an unusual autoimmune phenotype extending the phenotypic spectrum of PAN. Constitutive interferon I activation in patient blood suggests a possible role of type I interferon in disease pathogenesis which may have therapeutic implications.
This paper studies the role of governments and its link to trust. We argue that the public’s trust strongly depends on governments delivering on their core tasks in a market economy. In some ...economies, a neglect of core tasks can be observed and there seems to be some erosion, notably in terms of securing sound rules of the game in industrialised countries. We find very little correlation between government expenditure and trust but a strong correlation with delivering on core tasks. This leads us to conclude that it is not government spending per se that needs to increase to build trust, but rather better focused government activities.
HINTERGRUND:
Eine inadäquate Aktivierung von Typ-1-IFN kann in der Entstehung von Autoimmunität und Autoinflammation resultieren. Die einer solchen dysregulierten Typ-1-IFN-Achse zu Grunde liegenden ...Störungen werden primär über das angeborene Immunsystem vermittelt. Krankheitsbilder, die durch eine chronische Typ-1-IFN-Aktivierung bedingt sind, werden daher unter dem Begriff Typ-1-Interferonopathien zusammengefasst. Diese Gruppe seltener, genetisch bedingter Erkrankungen zeichnet sich durch eine große symptomatische Bandbreite aus, wobei vor allem neurologische und kutane Manifestationen im Vordergrund stehen. Bisher aufgeklärte Pathomechanismen dieser systemisch-entzündlichen Erkrankungen haben einen Einblick in neue zellintrinsische Mechanismen gegeben, die zu einer Typ-1-IFN-Aktivierung führen und auf Störungen im Metabolismus und der immunologischen Erkennung intrazellulärer Nukleinsäuren beruhen. Daraus ergeben sich auch Erkenntnisse hinsichtlich des Einsatzes einer immunmodulatorischen Therapie zur kausalen Behandlung von Typ-1-Interferonopathien.
FRAGESTELLUNG:
Typ-1-Interferonopathien gehören zu den genetisch bedingten, seltenen Erkrankungen. Eine Diagnosestellung ist jedoch aufgrund mangelnder Kenntnisse über die Krankheitsursache häufig nicht möglich, sodass kausale Therapieansätze für viele Patienten nicht existieren. Die Aufklärung der genetischen Ursache solcher Erkrankungen ist demnach von essentieller Bedeutung. Auch die hier untersuchten Familien leiden an bisher nicht molekulargenetisch diagnostizierten Krankheiten, deren Phänotyp jedoch eine Typ-1-Interferonopathie vermuten lässt. Vor diesem Hintergrund war es das Ziel dieser Arbeit, bisher unbekannte Gene zu identifizieren und zu charakterisieren, welche Krankheitsbilder mit chronischer Typ-1-IFN-Aktivierung verursachen.
MATERIAL UND METHODEN:
Anhand klinischer Daten wurden zunächst die Krankheitsbilder der zwei betroffenen Familien charakterisiert und hinsichtlich der Gemeinsamkeiten mit bekannten Typ-1-Interferonopathien untersucht. Zudem wurde das Vorliegen einer chronischen Typ-1-IFN-Aktivierung bei den erkrankten Familienmitgliedern untersucht. Mit Hilfe von Exomanalysen und anschließenden bioinformatischen Analysen wurde nach dem ursächlichen Krankheitsgen gesucht. Die in diesem Rahmen in der Familie 1 nachgewiesene STING-Mutation wurde unter Verwendung von molekularbiologischen sowie zellbiologischen Analysen eingehend untersucht und zudem ihre Konsequenzen auf die IFN-Achse und die Stabilität des STING-Dimers mittels Strukturmodellierungen charakterisiert.
Hinsichtlich der Aufklärung der genetischen Ursache der Erkrankung der Familie 2 wurde ebenfalls eine Exomanalyse durchgeführt. Da dabei jedoch keine Mutation identifiziert werden konnte, erfolgte eine Analyse differentiell exprimierter Transkripte mit Hilfe von Transkriptomdaten von Fibroblasten gesunder Kontrollen im Vergleich zu erkrankten Familienmitgliedern der Familie 2.
ERGEBNISSE:
Im Verlauf dieser Arbeit konnte in der Familie 1 mit einem familiären Chilblain Lupus eine kausale heterozygote Mutation im STING-Gen identifiziert werden. Diese bisher nicht beschriebene Mutation bedingt den Aminosäureaustausch Gly166Glu (G166E) im hochkonservierten Dimerinterface des STING-Proteins. Strukturmodelle ergaben Hinweise auf strukturverändernde Eigenschaften der Mutation G166E, die das STING-Dimer konstitutiv aktivieren. Dies konnte experimentell bestätigt werden, da in den peripheren Blutzellen der Patienten eine erhöhte IFN-Signatur nachgewiesen werden konnte und Patientenfibroblasten eine erhöhte Produktion von IFN-β sowie eine vermehrte Phosphorylierung von IRF3 zeigten. Um den Einfluss einer therapeutischen Immunmodulation über eine JAK-Inhibition zu untersuchen, wurden zwei Erkrankte der Familie 1 mit dem JAK-Inhibitor Tofacitinib über einen Zeitraum von 17 Tagen behandelt. Es konnte dabei in vivo eine signifikant reduzierte IFN-Signatur nachgewiesen werden.
Mit Hilfe der Exomanalyse konnte in der konsanguinen Familie 2 mit einem AGS-ähnlichen Phänotyp keine kausale Mutation identifiziert werden. Es zeigte sich zudem, dass in den Patientenzellen keine erhöhte IFN-Signatur sowie keine erhöhte IFN-β Produktion nachweisbar waren. Die vergleichende Transkriptomanalyse ergab keine auffällige differentielle Expression von Genen des Aminosäure-Metabolismus, der Seneszenz, des Zellzyklus, der DNA-Schadensantwort und DNA-Reparatur sowie von Genen immunologischer Prozesse. Allerdings wurde die vollständig fehlende Expression der Gene COL6A1 und COL6A2 in den Patientenzellen nachgewiesen.
SCHLUSSFOLGERUNG:
Die identifizierte STING-Mutation der Familie 1 führt zu einer chronischen Aktivierung der Typ-1-IFN-Achse und ist folglich als Gain-of-function Mutation anzusehen. Die Behandlung mit dem immunmodulierenden JAK-Inhibitor Tofacitinib führt zu einer Verminderung der IFN-Signatur und bietet somit einen vielversprechenden Ansatz für eine kausale Therapie. Weiterführende Untersuchungen, vor allem bezüglich der Langzeiteffekte, sind hier jedoch noch erforderlich.
Die Erkrankung der Familie 2 ist dagegen vermutlich nicht den Typ-1-Interferonopathien zuzuordnen. Vielmehr scheint es zum jetzigen Zeitpunkt wahrscheinlich, dass eine Mutation innerhalb eines regulatorischen Elements, das die Expression der Gene COL6A1 und COL6A2 reguliert, für den Phänotyp der Erkrankten verantwortlich ist. Weiterführende Untersuchungen sind hier zukünftig von großem Interesse.
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