Die Rolle der Proteinlactylierung bei der Regulierung der CD8+-T-Zellfunktion im Tumormikromilieu

• Antragsteller: Dr. Christian Schmidl
• Fachliche Zuordnung: Immunologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420273313

Das Tumormikromilieu (TME) ist durch eine Akkumulation von Milchsäure („lactic acid“, LA) gekennzeichnet, welche sich negativ auf die Anti-Tumor-Immunität auswirkt. Es ist jedoch unklar, wie LA tumorinfiltrierenden T-Zellen (TILs) auf molekularer Ebene beeinträchtigt. Neue Studien haben einen direkten Zusammenhang zwischen der Lactylierung von Lysinen (Kla) in Histon- und Nicht-Histon-Proteinen auf Genregulation und Proteinfunktion beschrieben. Das Ausmaß dieser Phänomene ist jedoch bei menschlichen T-Zellen völlig unbekannt. Die erneute Analyse von menschlichen TIL-Daten und neue vorläufige Experimente zeigen eine zellzustandspezifische Regulation milchsäurebezogener Stoffwechselprozesse und Lactylierungsmuster von Histon- als auch Nicht-Histon-Proteinen, was auf direkte Auswirkungen von Kla auf die Funktion menschlicher T-Zellen hinweist. Mit diesem Projekt wollen wir die kritische Wissenslücke über das Ausmaß, die Zellzustandsspezifität, und die funktionellen Auswirkungen der Proteinlactylierung in T-Zellen schließen. Wir werden Proteom-Methoden nutzen, um das Ausmaß der Kla global zu untersuchen, und systembiologische Methoden anwenden, um den spezifischen Aspekt der Histon-Lactylierung und deren Einfluss auf die Genregulation zu erforschen. Durch die Verwendung von ex-vivo Proben und in-vitro Modellen in Kombination mit Inhibitoren von Stoffwechselwegen werden wir aufzeigen, wie intrinsische Faktoren wie der Entwicklungs- und Aktivierungszustand Kla-Muster in menschlichen CD8+ T-Zellen auszeichnen und verändern. Wir stellen ferner die Hypothese auf, dass exogene Milchsäure aus dem TME mit intrinsischen Wegen der Kla interagiert und direkten Einfluss auf die Anti-Tumor-Funktion der CD8+ T-Zellen hat. Hier werden wir Kla Muster in T-Zellen untersuchen, die mit Tumorsphäroiden mit hoher und niedriger LA-Sekretion ko-kultiviert werden. Diese Experimente werden in Maus-Tumormodellen bestätigt, die TMEs mit hoher oder niedriger LA-Akkumulation nachstellen. Darüber hinaus werden wir die Möglichkeit prüfen, die T-Zell-Funktion durch Manipulation der Kla zu beeinflussen. Mit Hilfe von Inhibitoren werden wir Enzyme hemmen, die Laktat transportieren oder Lactylierungsmuster setzen/löschen, um Kla global zu modifizieren. Außerdem werden wir mit „CRISPR-base-editing“ differenziell lactylierte Lysinreste in spezifischen Proteinen mutieren, und die Auswirkungen dieser Modifikationen auf die Anti-Tumor-Aktivität von T-Zellen testen. Zusammengefasst ist das Ziel dieses Projekts, die Hypothese zu beweisen, dass die Proteinlactylierung auf spezifische und kontextabhängige Weise die Funktion von CD8+ T-Zellen beeinflusst. Darüber hinaus werden wir molekulare Wirkmechanismen validieren wie Kla ihre Effekte ausübt, und dieses Wissen nutzen, um perspektivisch immuntherapeutische Anwendungen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen