Caspase-1-assoziierte Defekte der DAMP-Erkennung - Charakterisierung der Effekte von CASP1-Mutationen in humanen Zellen und einem konditionalen Casp1-knock-in-Mausmodell
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Inflammasome sind Multiproteinkomplexe, die u. a. für die Aktivierung der proinflammatorischen Caspase-1 verantwortlich sind. Auslöser der Inflammasombildung können verschiedene danger associated molecular patterns (DAMPs) sein, die vom angeborenen Immunsystem erkannt werden und zur Aktivierung der Caspase-1 führen. Bei Patienten mit rekurrierenden Fieberepisoden wurden von uns enzymaktivitätsmindernde Mutationen im Caspase-1 kodierenden CASP1-Gen identifiziert, die signifikant häufiger bei Patienten auftraten als in einer gesunden Kontrollpopulation. Die mutierten Caspase-1 Varianten induzierten in vitro über RIP2 signifikant mehr NF-kB als die Wildtyp Caspase-1 und könnten so zur Inflammation beitragen. Das Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die zur Manifestation des autoinflammatorischen Phänotyps bei den Patienten führen. Insbesondere wurden (1) Effekte der mutierten Caspase-1 bei der Regulierung von ER-Stress in lymphoblastoiden Zellen (LCL) von Patienten und gesunden Probanden untersucht. Zum anderen wurden (2) Caspase-1 abhängige Membranreparatur-mechanismen, die durch porenformende Toxine induziert werden, analysiert. Darüber hinaus wurde (3) die Rolle der mutierten Caspase-1 in einem konditionalen knock-in Mausmodell in einem kompletten Organismus charakterisiert. Es zeigte sich, dass ER-Stress in Patienten LCL unabhängig von der reduzierten enzymatischen Aktivität der Caspase-1 und auch unabhängig von der Scaffold Funktion des enzymatisch inaktiven Caspase-1 Proteins war. Auch in den hier untersuchten Porin-induzierten Membranreparaturmechanismen spielte weder die Expressionshöhe der Caspase-1 noch die Expression der Caspase-1 Varianten mit verringerter enzymatischer Aktivität eine entscheidende Rolle. Die Effekte der enzymatisch inaktiven Caspase-1 wurden daher in einem Knock-in Mausmodell charakterisiert. Es konnte klar gezeigt werden, dass in vivo unter proinflammatorischen Bedingungen (intraperitoneale LPS Stimulation) enzymatisch inaktive Caspase-1C284A RIP2 getriggerte NF-κB Aktivierung auslöst, die TNF-α vermittelte Inflammation hervorruft. Im Tiermodell konnte die proinflammatorische Wirkung der enzymatisch inaktiven Caspase-1 durch Blockade des Zytokins TNF-α vollständig aufgehoben werden. Dies könnte in Zukunft therapeutische Implikationen für Patienten mich CASP1 Mutationen haben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Human procaspase-1 variants with decreased enzymatic activity are associated with febrile episodes and may contribute to inflammation via RIP2 and NFκB signaling. J Immunol 2014;192(9):4379-85
Heymann MC, Winkler S, Luksch H, Flecks S, Franke M, Ruß S, Özen S, Yilmaz E, Klein C, Kallinich T, Lindemann D, Brenner S, Ganser G, Roesler J, Rösen-Wolff A, Hofmann SR
(Siehe online unter https://doi.org/10.4049/jimmunol.1203524) - Caspase-1: An integral regulator of innate immunity. Semin Immunopathol 2015;37(4):419-27
Winkler S, Rösen-Wolff A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00281-015-0494-4) - Current knowledge on procaspase-1 variants with reduced or abrogated enzymatic activity in autoinflammatory disease. Curr Rheumatol Rep 2015;17(7):520-527
Luksch H, Winkler S, Heymann MC, Schulze F, Hofmann SR, Roesler J, Rösen-Wolff A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11926-015-0520-5) - Fluorescent tags influence the enzymatic activity and subcellular localization of procaspase-1. Clin Immunol 2015;160(2):172-9
Heymann MC, Rabe S, Ruß S, Kapplusch F, Schulze F, Stein R, Winkler S, Hedrich CM, Rösen- Wolff A, Hofmann SR
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.clim.2015.05.011) - Caspase-1 regulates autoinflammation in rheumatic diseases. Z Rheumatol 2016;75(3):265-75
Winkler S, Hedrich CM, Rösen-Wolff A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00393-016-0077-3) - Enzymatically inactive procaspase-1 stabilizes the ASC-pyroptosome and supports pyroptosome spreading during cell division. J Biol Chem 2016;291(35):18419-29
Stein R, Kapplusch F, Heymann MC, Russ S, Staroske W, Hedrich CM, Rösen-Wolff A, Hofmann SR
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.M116.718668) - Genetic methods for analysis of autoinflammatory diseases. Z Rheumatol 2017;76(4):295-302
Bienias M, König N, Wolf C, Kretschmer S, Rösen-Wolff A, Berner R, Tüngler V, Lee-Kirsch MA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00393-017-0300-x) - An optimized whole blood assay measuring expression and activity of NLRP3, NLRC4 and AIM2 inflammasomes. Clin Immunol 2018;191:100-109
Grinstein L, Endter K, Hedrich CM, Reinke S, Luksch H, Schulze F, Robertson AAB, Cooper MA, Rösen-Wolff A, Winkler S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.clim.2017.11.011)
