Charakterisierung der Ubiquitin E3 Ligase ARIH1 in der zellulären antimikrobiellen Immunität

• Antragsteller: Dr. Arno Alpi, Ph.D.; Professor Dr. Christian Behrends, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423142955

Autophagie ist ein wichtiger Bestandteil des angeborenen Immunsystems und stellt unter anderem einen wirksamen Abwehrmechanismus gegen in die Zelle eingedrungene Pathogene dar. Ubiquitinierung spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Zum Beispiel wird Salmonella Typhimurium unmittelbar nach einer zytosolischen Invasion von einem Ubiquitin (Ub)-Mantel umgeben und dadurch für den lysosomalen Abbau via Autophagie markiert (Xenophagy). Diese antibakterielle Kaskade limitiert die weitere Ausbreitung des pathogenen Bakteriums in Epithelzellen. Dabei ist die Ub E3 Ligase ARIH1 für die Ubiquitinierung von bakteriellen Außenmembranproteinen von großer Bedeutung. Wir konnten zeigen, dass die Depletion von ARIH1 zur Abnahme des Salmonellen umgebende Ub-Signals und zu einer Zunahme intrazellulärer Salmonellen führt. Darüber hinaus deuten unsere Vorarbeiten daraufhin, dass die von ARIH1 generierten Ub-Ketten anti-bakterielle Funktion ausüben, die über die Aktivierung von Xenophagie hinausgehen. Trotz dieser Fortschritte ist unser mechanistisches Verständnis von der Rolle von ARIH1 und der von ARIH1 erzeugten Ub-Ketten im Zusammenhang mit Salmonellen Infektionen unvollständig. Um diese Wissenslücken zu schließen wollen wir die sich ergänzende Expertise zur Biochemie von ARIH1 und Proteomik von Wirt-Pathogen Wechselwirkungen der Arbeitsgruppen Alpi und Behrends mit einer Reihe von mikro- und zellbiologischen Ansätzen verbinden. Durch die Kombination von Zellkultur-basierten Salmonellen Infektionstudien mit einer umfangreichen Kollektion von Struktur-basierten ARIH1 Reagenzien, in vitro Versuche, hochauflösende Konfokal- und Videomikroskopie sowie Interaktions- und Nachbarschaftsproteomik wollen wir den Rekrutierungs- und Aktivierungsmechanismus von ARIH1 im Kontext der Salmonellen Infektion und die zelluläre Funktion der von ARIH1 generieten Ub-Ketten aufklären. Unser gemeinschaftlicher Ansatz hat das Potential neue Pathogen-assoziierte molekulare Erkennungsmuster sowie deren Rezeptoren aufzudecken, die zur Rekrutierung und Aktivierung von ARIH1 beitragen. Ein besseres Verständnis der ARIH1 vermittelten Ubiquitinierung von Salmonellen stellt einen wichtigen Schritt zur Entwicklung von neuen anti-bakteriellen Abwehrstrategien dar, deren Ziel es wäre die Aktivität von ARIH1 zu modulieren und auf andere Pathogene auszudehnen. Damit eröffnet sich die Möglichkeit der Erforschung von Wirt-Pathogen Wechselwirkungen eine neue Richtung zu geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen