Identification of Immunoproteasome dependent factors involved in cytokine release and T cell differentiation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Immunoproteasom ist ein proteinabbauender Proteinkomplex, der während einer Immunantwort induziert wird, und das konstitutive 20S Proteasom in entzündeten Geweben ersetzt. Im Gegensatz zum konstitutiven 20S Proteasom mit den katalytisch aktiven Untereinheiten β1, β2 und β5 enthält das Immunoproteasom die durch die Zytokine TNF und IFN induzierbaren, peptidolytisch aktiven Untereinheiten β1i (LMP2), β2i (MECL1) und β5i (LMP7). In früheren Arbeiten konnten wir zeigen, dass die Hemmung des Immunoproteasoms zu einer verminderten Aktivierung von T Lymphozyten führt. Ausserdem wurde die Entwicklung von T Helferzellen zu pro-inflammatorischen Th17 Zellen supprimiert, die eine wichtige Rolle bei der Entstehung von autoimmunen Erkrankungen spielen. In der Tat konnten wir mit dem LMP7 Inhibitor ONX 0914 die Entstehung und das Fortschreiten von autoimmunen Erkrankungen wie Diabetes, Rheuma, Multiple Sklerose und entzündlicher Darmerkrankung in präklinischen Modellen unterdrücken. Wie das Immunoproteasom mechanistisch in diese Prozesse involviert ist, war Gegenstand der Forschung in diesem Projekt. Zunächst haben wir die Proteasomzusammensetzung in T Zellen und B Zellen des Menschen und der Maus untersucht und dabei herausgefunden, dass diese Lymphozyten fast ausschliesslich LMP7 enhaltende Immunoproteasomen oder gemischte Proteasomen aber keine konstitutiven Proteasomen exprimieren. LMP7 Inhibition aktivierter T und B Zellen führte daher innerhalb von 3-5 Stunden zu einer Akkumulierung von Ubiquitinkonjugaten. Bei einer umfangreichen Untersuchung, welche Wege der Signaltransduktion des T Zellrezeptors durch LMP7 Inhibition beeinträchtigt sein könnten, haben wir gefunden, dass nur ERK1/2 Phosphorylierung, nicht aber die der vorgeschalteten Kinase MEK reduziert war. Wir haben daher postuliert, dass die Akkumulierung von EKR1/2-spezifischen Phosphatasen für die Verminderung der ERK1/2 Phosphorylierung verantwortlich sein könnte. Nach Testung einer Vielzahl von Phosphatasen konnten wir zeigen, dass die kurzlebige Phosphatase DUSP6 nach Immunoproteasominhibition massiv akkumulierte, und dass der Abbau von DUSP6 durch Immunoproteasominhibition blockiert wird. Nun testen wir in Lymphozyten von DUSP6-defizienten Mäusen, ob die DUSP6 Akkumulierung ursächlich ist für die beobachtete Reduktion der IL-2 Produktion, CD69 Aktivierung und Proliferation von aktivierten T Zellen unter ONX 0914 Behandlung. Da sehr kontrovers diskutiert wird, ob das Immunoproteasom die Aktivierung des entzündungsfördernden Transkriptionsfaktor NF-κB aktiviert, sind wir dieser Frage nachgegangen. Wir konnten zeigen, dass LMP7 Inhibition den IκBβ Abbau und die p65 Phosphorylierung in T Zellen nicht beeinträchtigt, und die genetische Inaktivierung von LMP2, MECL-1 und LMP7 keinen Einfluss haben auf den klassischen NF-κB Weg in Makrophagen und embryonalen Fibroblasten der Maus. Interessanterweise bauen aktivierte T Helferzellen die transient akkumulierten Ubiquitinkonjugate innerhalb eines Tages wieder ab und überleben die Inhibition, während B Zellen nach ONX 0914 Behandlung den ‚unfolded protein response‘ Weg stark aktivieren und in die Apoptose gehen. Wir postulieren daher, dass DUSP6 wie ein Sensor für die Überlastung des Immunoproteasoms in T Zellen fungieren könnte, der die T Zellaktivierung über den T Zellrezeptor durch Blockierung der ERK1/2 Phosphorylierung so lange reduziert, bis die Ubiquitinkonjugate wieder abgebaut sind. Diese mechanistischen Erkenntnisse tragen zum besseren Verständnis der Immunmodulation durch Immunoproteasomen bei, die in Tiermodellen nicht nur zur Unterdrückung von bisher sieben verschiedenen autoimmunen Erkrankungen führen, sondern gemäss unserer neuesten Daten auch zum Schutz vor chronischer antikörpervermittelter Abstossung von Nierentransplantaten, vor Kolonkarzinomwachstum und viraler Meningitis. Da der erste Immunoproteasominhibitor (KZR-616) auch aufgrund unserer Forschungsarbeiten bereits in der Klinik für die Therapie von autoimmunen Erkrankungen getestet wird, könnten schon bald weitere Indikationen für eine Therapie durch Immunoproteasominhibition klinisch erprobt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2015) Analgesia in mice with experimental meningitis reduces pain without altering immune parameters. Altex 32: 183-189
Mundt, S., Groettrup, M., and Basler, M.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.14573/altex.1502021) - (2015) The immunoproteasome: a novel drug target for autoimmune diseases. Clin. Exp. Rheumatol. 33: S74-S79
Basler, M., Mundt, S., Bitzer, A., Schmidt, C., and Groettrup, M.
- (2016) Inhibiting the immunoproteasome exacerbates the pathogenesis of systemic Candida albicans infection in mice. Scientific Rep. 6: 19434
Mundt, S., Basler, M., Buerger, S., Engler, H., and Groettrup, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/srep19434) - (2016) Inhibition and deficiency of the immunoproteasome subunit LMP7 attenuates LCMV-induced meningitis. Eur. J. Immunol. 46: 104-113
Mundt, S., Engelhardt, B., Kirk, C. J., Groettrup, M., and Basler, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/eji.201545578) - (2017) Immunoproteasome subunit deficiency has no influence on the canonical pathway of NF-kB activation. Mol. Immunol. 83: 147-153
Bitzer, A., Basler, M., Krappmann, D., and Groettrup, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.molimm.2017.01.019) - (2017) No prolongation of skin allograft survival by immunoproteasome inhibition in mice. Mol. Immunol. 88: 32-37
Mundt, S., Basler, M., Sawitzki, B., and Groettrup, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.molimm.2017.05.022) - (2017) The immunoproteasome subunit LMP7 is required in the thymus for filling up a hole in the T cell repertoire. Eur. J. Immunol.
Basler, M., Mundt, S., and Groettrup, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/eji.201747282) - (2018) Amelioration of autoimmunity with an inhibitor selectively targeting all active centers of the immunoproteasome. Br. J. Pharmacol. 175: 38-52
Basler, M., Maurits, E., de Bruin, G., Koerner, J., Overkleeft, H. S., and Groettrup, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/bph.14069)
