Beeinflussung der subzellulären Lokalisation von Pro-Caspase-1, RIP2, ASC und möglichen anderen CARD-Interaktionspartnern durch Mutationen im CASP1-Gen
Final Report Abstract
Die von unserer Arbeitsgruppe kürzlich beschriebenen Mutationen im CASP1-Gen führen aufgrund einer alterierten Proteinstruktur zu einer reduzierten oder komplett fehlenden enzymatischen Aktivität der Caspase-1, was die bei den Patienten auftretenden Fieberschübe und systemische Entzündungsreaktionen nicht erklärt, im Gegenteil eine verminderte Entzündungsreaktion erwarten ließe. Die Auswirkungen von CASP1-Mutationen auf die Beeinflussung der Inflammasombildung und auf die subzelluläre Lokalisation der Procaspase-1 sowie deren Bindungspartner standen im Fokus. Zusätzlich sollten Regulationsmechanismen des Procaspase-1 Interaktionspartners Receptor interacting protein 2 (RIP2) untersucht werden. Mit unseren Arbeiten konnten wir zeigen, dass: - enzymatisch inaktive CASP1-Varianten durch eine vermehrte Interaktion mit RIP2 an der Aktivierung von NF-κB-Signalwegen beteiligt sind. Jedoch scheint die RIP2-abhängige vermehrte NF-κB-Aktivierung nicht die einzige Erklärung für die systemischen Entzündungsreaktionen zu sein, da der klinische Phänotyp der Patienten variiert und nicht alle Patienten mit CASP1-Mutationen erkranken. - die subzelluläre Lokalisation und enzymatische Aktivität der Procaspase-1 durch Fusion mit fluoreszierenden Proteinen beeinflusst werden kann, - die enzymatisch inaktive CASP1-Variante p.L265S eine gestörte nukleäre Lokalisation zeigt, - natürlich vorkommende CASP1-Varianten den proinflammatorischen Zelltod („Pyroptosomenbildung“) und die Verformbarkeit von humanen Monozyten/Makrophagen, nicht aber die Proliferation und Phagozytose beeinflussen. - eine reduzierte oder fehlende Enzymaktivität von Caspase-1 das „Pyroptosom“ in Makrophagen sowohl in Größe, Intensität und im Zeitverlauf stabilisiert, woraus eine vermehrte Interaktion zwischen ASC- und Procaspase-1-Molekülen im Pyroptosom resultiert, - die proinflammatorische Signalübertragung durch Weitergabe von Specks („Pyroptomen“) während der Zellteilung einen zusätzlichen, hoch-effektiven und vorher nicht beschriebenen Mechanismus entzündlicher Prozesse darstellen könnte. Außerdem konnten wir zeigen, dass i) WT-Procaspase-1 die Ubiquitinierung von RIP2 verringert und ii) WT-Procaspase-1 selbst geringere Ubiquitinierungslevel als inaktive Procaspase-1- Varianten aufweist. Daher könnte die geringere NF-κB-Aktivierung durch WT-Procaspase-1 (und damit die stärkere NF-κB-Aktivierung durch CASP1-Varianten) möglicherweise durch eine Beeinflussung der Ubiquitinierungsmuster zustande kommen. Des Weiteren gelang es uns mit Hilfe der Tandem-Massenspektrometrie neue Interaktionspartner der Procaspase-1 zu identifizieren. Diese werden in Nachfolgeprojekten weiter charakterisiert und ihr Einfluss auf die Pathogenese der CASP1-AAE untersucht werden. Zusätzlich konnten wir nachweisen, dass RIP2 neben den proinflammatorischen Eigenschaften auch immun-regulatorische Funktionen besitzt. RIP2 reguliert die Mitophagie durch die Phosphorylierung der Serin/Threonin-Protein-Kinase ULK1, einem Initiator der Autophagie. Der Verlust von RIP2 führte zur Hemmung der Mitophagie, wodurch die Anhäufung von beschädigten Mitochondrien und ROS gefördert und die Hochregulierung von ISGs und des NLRP3-Inflammasomes induzierte wurde. Ein besseres Verständnis der biochemischen Funktionen von RIP2 könnte zu einer sichereren Behandlung und der Entwicklung neuer therapeutischer Strategien in Bezug auf das Targeting von RIP-Kinasen bei entzündlichen Erkrankungen und Krebs beitragen.
Publications
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