Respiratory syncytial virus (RSV) is a major cause of severe lower respiratory tract infections in infants, young children, and the elderly that often leads to patient hospitalization. Generating new therapeutic agents or vaccines against RSV is an important worldwide public health endeavor. Autophagy is a highly-conserved cellular process during which cytoplasmic contents are enveloped in a double-walled membrane and degraded upon fusion with lysosomes. Autophagy is important for maintaining cellular homeostasis and is specifically associated with eukaryotic immunity against some
invading pathogens. However, the role of autophagy in promoting an innate immune response during RSV infection and its impact on adaptive T cell activity are poorly understood. Here, we present the role of Atg5, a protein essential for autophagosome formation, in innate and adaptive immune responses against RSV. Infection with RSV induced autophagosome formation in wild type dendritic cells, while Atg5-deficient dendritic cells produced more innate immunity cytokines against RSV and limited its replication. In vivo Atg5-knockout studies using hematopoietic cell-specific mice revealed significantly increased innate response cytokine production in $Atg5^{-/-}$ chimeric mice after RSV infection. These phenotypes also appeared in dendritic cell-specific CD11c-$Atg5^{-/-}$ mice, suggesting that Atg5 in dendritic cells plays a critical role in modulating proinflammatory cytokine production against RSV. Moreover, mice with Atg5-deficient dendritic cells showed greater glycolytic capacity than wild type mice, and Atg5 deficiency induced glycolytic reprogramming in dendritic cells sufficient to enhance proinflammatory cytokine production against RSV. However, maximal aerobic respiration was decreased in Atg5-deficient dendritic cells due to mitochondrial dysfunction. During adaptive immunity, Atg5 deficiency promoted increased responses of cytotoxic $CD8^+$ T lymphocytes, but not of Th1 or Th17 cells. We surmise that because Atg5-deficient dendritic cells display more surface MHC class I molecules than wild type cells, RSV-specific cytotoxic $CD8^+$ T cell responses are more efficiently stimulated during infection. Our results suggest that metabolic changes and elevated MHC class I expression in dendritic cells induced by Atg5 deficiency promotes antiviral immune responses against RSV. The impact of these findings may have significant therapeutic implications for severe RSV-associated diseases and may enable the development of novel RSV vaccines.
호흡기 세포융합 바이러스는 영 유아 및 노년층의 기도 하부 감염의 주된 원인인 바이러스로써 감염의 정도에 따라 심각한 호흡기 관련 질병을 유래하는 바이러스이다. 감염 시 일반적인 항 바이러스 제제나 단클론항체치료제 등이 사용되고 있고, 현재까지 백신이 개발 되어 있지 않아 이에 따라 새로운 치료제 개발이 필요한 실정이다. 오토파지는 세포내 손상된 세포소기관이나 불필요한 단백질을 이중 막으로 둘러싼 후 라이소좀과 융합한 뒤 내부의 기질을 분해하여 세포에 필요한 영양분으로 재활용하는 일련의 과정으로써, 다양한 진핵세포에서 매우 유사한 일련의 기전을 가지고 있다. 그러나 이러한 오토파지의 기전이 호흡기 세포융합 바이러스 감염시 선천 면역과 후천 면역에 미치는 영향은 거의 알려져 있지 않다. 본 연구에서 선천 면역과 후천 면역에 있어서 중요한 수지상세포에 있어서, 오토파지 형성에 있어서 필수적인 유전자인 Atg5을 통해 호흡기 세포융합 바이러스 감염시 선천 면역과 후천 면역에 미치는 오토파지의 역할을 규명하였다. Atg5 유전자가 결손된 수지상세포는 정상 상태의 수지상세포에 비해 호흡기 세포융합 바이러스감염시 선천성 사이토카인의 분비가 증가하며, 호흡기 세포융합 바이러스의 복제도 억제되는 것을 확인하였다. 이는 조혈 세포 전체가 Atg5 유전자가 결손된 마우스나 수지상세포 특이적으로 Atg5 유전자가 결손된 마우스에 호흡기 세포융합 바이러스를 호흡기 점막을 통해 감염시켰을 때 마찬가지로 선천성 사이토카인이 정상 마우스에 비해 증가하며 호흡기 세포융합 바이러스의 복제도 억제되는 것을 확인하였다. 또한 Atg5유전자가 결손된 수지상 세포는 정상에 비해 해당 과정이 증가되 있으며 이는 호흡기 세포융합 바이러스감염시에도 마찬가지로 해당 과정이 정상상태의 수지상세포에 비해 증가 해 있음을 알 수 있었다. 이러한 해당과정을 억제하였을 때 선천성 사이토카인의 증가가 감소하는 것을 확인하였으며, 또한 Atg5 유전자가 결손된 수지상세포에서 정상의 수지상세포에 비해 AKT-mTOR 경로가 증가한 상태를 보이는 것을 확인함으로써, Atg5 유전자의 결손이 AKT-mTOR 경로의 증가를 유도하며 이를 통해 해당 과정이 증가함을 알 수 있었다. 또한 Atg5 유전자가 결손된 수지상세포는 정상에 비해 미토콘드리아의 기능이 정상에 비해 감소되어 있음을 확인하였다. 후천 면역에 있어서, 수지상세포특이적으로 Atg5 유전자가 결손된 마우스는 호흡기 세포융합 바이러스감염시 정상에 비해 세포독성 CD8+ 림프구의 인터페론-감마의 분비 및 항원 특이적 바이러스의 비율이 정상에 비해 증가함을 확인하였다. 이는 Atg5유전자가 결손된 수지상세포에서 주 조직 적합성 복합체 I형의 표면 발현이 증가함을 통해 유도됨을 확인하였다. 위 결과를 통해 수지상세포에서 호흡기 세포융합 바이러스 감염 시 Atg5유전자의 기능을 선천 면역 및 후천 면역에 미치는 영향을 확인하였으며, 본 연구 결과를 통해 호흡기 세포융합 바이러스에 대한 치료제 개발이나 백신 개발에 있어서 초석이 될 것이라 기대할 수 있다.
