The role of the nucleotide-gated cation channels P2X7 and TRPM2 for TCR signalling

• Applicants: Professor Dr. Andreas H. Guse; Professor Dr. Friedrich Haag
• Subject Area: Biochemistry ; Immunology
• Term: from 2014 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 263128973

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Im Projekt wurden zwei durch eine Klasse kleiner, endogener Moleküle aktivierte Kanalproteine untersucht und neue Erkenntnis zur Steuerung dieser für die Zellfunktion wichtigen Proteine gefunden. P2X7: Für den P2X7-Kanal wurde gezeigt, dass die Aktivierung des Kanals zur Freisetzung seines eigenen Liganden (ATP) aus dem Inneren der Zelle führt und dass der damit einhergehende ATP Verlust Folgen für das Wachstum von Zellen haben kann. Die Abnahme des ATPs im Zellinneren konnte durch fluoreszierende ATP-Sensoren sichtbar gemacht und in ihrer zeitlichen Entwicklung bildlich verfolgt werden. Die Ergebnisse beleuchten die vielfältige Rolle von P2X7 insbesondere in der Interaktion von Tumoren mit dem Immunsystem und eröffnen Perspektiven für die Grundlagenforschung, lokale Veränderungen der ATP- Konzentration an verschiedenen Orten in der Zelle oder an ihrer Oberfläche sichtbar zu machen und bildlich aufzuzeichnen. TRPM2: Beim Kanalprotein TRPM2 konnten insbesondere neue Erkenntnis zum molekularen Mechanismus der unter gesunden Bedingungen vorliegenden (physiologischen) Aktivierung, aber auch zur Inaktivierung durch synthetische Moleküle gewonnen werden. Letztere könnten zukünftig eine Rolle bei Erkrankungen spielen, in denen TRPM2 eine Bedeutung für den Krankheitsverlauf hat. Bei den Untersuchungen zur P2X7-vermittelten Freisetzung von ATP waren wir überrascht vom Ausmaß des durch P2X7-Aktivierung ausgelösten ATP Verlusts (die Zellen verloren rund ein Drittel ihres ATP-Gehalts). Bei der Arbeit mit den fluoreszierenden FRET Sensoren war es eine nicht erwartete unangenehme Überraschung wie schwierig es war, die Sensoren in primären Zellen zur Expression zu bringen, da die Gensequenzen der Sensoren nicht für eine retro- oder lentivirale Übertragung in Zellen geeignet waren. TRPM2: Überraschend war, dass trotz der geringen Affinität des Liganden ADPR zu TRPM2 nur sehr wenige der ADPR-Derivate TRPM2 als Agonist aktivieren können.

Publications

• The Multiple Roles of ATP-Gated P2(X) Ion Channels in T Lymphocytes. Messenger 2015 Jun;4(1):67-81
  Haag F, Menzel S, Javed S, Rissiek A, Adriouch S, Tolosa E, Koch-Nolte F
  
• 2'- Deoxyadenosine 5'-diphosphoribose is an endogenous TRPM2 superagonist. Nat Chem Biol. 2017b Sep;13(9):1036-1044
  Fliegert R, Bauche A, Wolf Pérez AM, Watt JM, Rozewitz MD, Winzer R, Janus M, Gu F, Rosche A, Harneit A, Flato M, Moreau C, Kirchberger T, Wolters V, Potter BVL, Guse AH
  
• Ligand-induced activation of human TRPM2 requires the terminal ribose of ADPR and involves Arg1433 and Tyr1349. Biochem J. 2017 Jun 16;474(13):2159-2175
  Fliegert R, Watt JM, Schöbel A, Rozewitz MD, Moreau C, Kirchberger T, Thomas MP, Sick W, Araujo AC, Harneit A, Potter BVL, Guse AH
  
• TRPM2 activation: Paradigm shifted? Cell Calcium. 2018 Dec;76:132-134
  Fliegert R, Hölzer HT, Guse AH
  
• P2X7-mediated ATP secretion is accompanied by depletion of cytosolic ATP. Purinergic Signal. 2019 Jun;15(2):155-166
  Johnsen B, Kaschubowski KE, Nader S, Schneider E, Nicola JA, Fliegert R, Wolf IMA, Guse AH, Nikolaev VO, Koch-Nolte F, Haag F
  
• Using FRET-Based Fluorescent Sensors to Monitor Cytosolic and Membrane-Proximal Extracellular ATP Levels. Methods Mol Biol. 2020; 2041:223-231
  Kaschubowski KE, Kraft AE, Nikolaev VO, Haag F