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Abstract

Hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) is a transcription factor that functions as master regulator of mammalian oxygen homeostasis. In addition, recent studies identified a role for HIF-1 as transcriptional regulator during inflammation or infection. Based on studies showing that respiratory syncytial virus (RSV) is among the most potent biological stimuli to induce an inflammatory milieu, we hypothesized a role of HIF-1 as transcriptional regulator during infections with RSV. We gained first insight from immunohistochemical studies of RSV-infected human pulmonary epithelia that were stained for HIF-1alpha. These studies revealed that RSV-positive cells also stained for HIF-1alpha, suggesting concomitant HIF-activation during RSV infection. Similarly, Western blot analysis confirmed an approximately 8-fold increase in HIF-1alpha protein 24h after RSV infection. In contrast, HIF-1 activation was abolished utilizing UV-treated RSV. Moreover, HIF-regulated genes (VEGF, CD73, FN-1, COX-2) were induced with RSV infection of wildtype cells. In contrast, HIF-1 dependent gene induction was abolished in pulmonary epithelia following siRNA mediated repression of HIF-1alpha. Measurements of the partial pressure of oxygen in the supernatants of RSV infected epithelia showed no differences in oxygen content, suggesting that HIF-1 activation is not caused by RSV associated hypoxia. Finally, studies of RSV pneumonitis in mice confirmed HIF-activation in a murine in vivo model. Taken together, these studies suggest oxygen-independent activation of HIF-1 during infection with RSV in vitro and in vivo.

Hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) ist ein Transkriptionsfaktor, der als ein Hauptregulator in der Sauerstoff-Homöostase von Säugetieren fungiert. Darüber hinaus konnten jüngere Studien eine Rolle von HIF-1 während Entzündungsreaktionen und Infektionen zeigen. Basierend auf Studien, die zeigen, dass Respiratory Syncytial Virus (RSV) einer der wirksamsten biologischen Stimuli ist, um ein infektiöses Milieu zu erzeugen, wurde im Rahmen dieser Arbeit die Hypothese aufgestellt, dass HIF-1 als transkriptioneller Regulator während der Infektion mit RSV eine wichtige Rolle spielt. Erste Erkenntnisse wurden zunächst aus immunhistochemischen Studien gewonnen, in denen RSV-infizierte humane Lungenepithelzellen für HIF-1alpha angefärbt wurden. Diese Studien zeigten, dass in RSV-positiven Zellen auch HIF-1alpha nachweisbar ist und deuteten somit auf eine HIF-Aktivierung während der RSV-Infektion hin. Western Blot Analysen bestätigten eine etwa 8-fache Zunahme von HIF-1alpha Protein 24 Stunden nach der RSV Infektion. Im Gegensatz dazu war die HIF-1 Aktivierung aufgehoben, wenn UV-behandelte Viren eingesetzt wurden. Darüber hinaus führte eine RSV-Infektion in Wildtyp-Zellen zu einer Induktion HIF-regulierter Gene (VEGF, CD73, FN-1, COX-2). Diese Geninduktion war in pulmonalen Epithelzellen mit siRNA-vermittelter Hemmung von HIF-1alpha aufgehoben. Messungen der Sauerstoffpartialdrücke in den Überständen von RSV-infizierten Epithelzellen zeigten keinen Unterschied der Sauerstoffkonzentration im Vergleich zu nicht infizierten Zellen, was auf eine Hypoxie-unabhängige HIF-1 Aktivierung schließen ließ. Schließlich bestätigten Studien mit Mäusen, in denen durch RSV-Infektion Pneumonien ausgelöst wurden die HIF-Aktivierung in einem in vivo Model. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit eine Sauerstoff-unabhängige Aktivierung von HIF-1 während der Infektion mit RSV in vitro und in vivo.