Molekulare Mechanismen der Zelltodinduktion durch doppelsträngige 5‘-Triphosphat-RNA
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während viraler Infektionen setzen viele Viren doppelsträngige RNA (dsRNA) im Zytoplasma der Wirtszellen frei. Diese RNA kann von RIG-I-ähnlichen Rezeptoren (RLRs) erkannt werden, die über Signalkaskaden die Produktion von Typ-I-Interferonen (IFNs), proinflammatorischen Zytokinen und – in einigen Fällen – den programmierten Zelltod (Apoptose) vermitteln. Während die Induktion von IFNs und Zytokinen durch RLR-Signalgebung gut etabliert ist, sind die genauen Mechanismen, die Zelltod auslösen, bislang weniger klar und in der Literatur uneinheitlich beschrieben. In diesem Projekt haben wir die spezifischen molekularen Signalwege untersucht, die zur IFN-Produktion und zum Zelltod in Reaktion auf 5’-Triphosphat-RNA (3P-RNA) führen – einem bekannten Liganden von RIG-I. Mithilfe von humanen und murinen Melanomzelllinien, in denen mittels CRISPR/Cas9 zentrale Signalkomponenten ausgeschaltet wurden, konnten wir bestätigen, dass sowohl die Zytokinproduktion als auch die Apoptose ein intaktes RLR-Signalnetzwerk erfordern. Interessanterweise beobachteten wir, dass Zellen auch in Abwesenheit von RIG-I oder dessen direkten nachgeschalteten Signalkomponenten in der Lage waren, Apoptose zu durchlaufen, wenn sie entweder mit Wildtyp- Zellen kokultiviert oder vorab mit IFN vorbehandelt wurden. Dies deutet darauf hin, dass RLR- Signale vor allem dazu dienen, andere RNA-Sensoren zu aktivieren, die letztlich den Zelltod vermitteln. Weitere Analysen, einschließlich Affinitätsreinigung und Massenspektrometrie, identifizierten Oligoadenylatsynthetase 1 (OAS1) als spezifischen Bindungspartner von 3P-RNA. Die Überexpression von OAS1 stellte die Apoptose in RIG-I-defizienten Zellen wieder her, während Zellen ohne RNaseL – dem nachgeschalteten Effektormolekül von OAS1 – einen deutlich reduzierten Zelltod aufwiesen. Diese Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle des OAS/RNaseL-Signalwegs bei der Vermittlung von Apoptose als Antwort auf 3P- RNA. Die Ligandenanforderungen von OAS1 ähnelten dabei stark denen von RIG-I. Mechanistisch konnten wir zeigen, dass für die effektive Induktion von Zelltod sowohl ein Translationsstopp durch RNaseL als auch die Hochregulation des pro-apoptotischen Proteins NOXA über RIG-I erforderlich sind. Gemeinsam führen diese Prozesse zur Depletion des anti-apoptotischen Proteins MCL-1 und lösen intrinsische Apoptose aus. Insgesamt unterscheiden unsere Ergebnisse klar zwei separate durch zytoplasmatische 3P-RNA aktivierte Signalwege: ein RLR-abhängiges Priming via Typ I Interferon und ein eigenständiger, durch OAS/RNaseL vermittelter, Mechanismus, der für die Apoptose verantwortlich ist. Diese Erkenntnisse könnten wichtige Implikationen für antivirale Therapien und Krebsbehandlungen haben, die auf synthetischen RNA-Molekülen basieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Blocking inflammation on the way: Rationale for CXCR2 antagonists for the treatment of COVID-19. Journal of Experimental Medicine, 217(9).
Koenig, Lars M.; Boehmer, Daniel F.R.; Metzger, Philipp; Schnurr, Max; Endres, Stefan & Rothenfusser, Simon
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Defective Interfering Genomes and the Full-Length Viral Genome Trigger RIG-I After Infection With Vesicular Stomatitis Virus in a Replication Dependent Manner. Frontiers in Immunology, 12.
Linder, Andreas; Bothe, Viktoria; Linder, Nicolas; Schwarzlmueller, Paul; Dahlström, Frank; Bartenhagen, Christoph; Dugas, Martin; Pandey, Dharmendra; Thorn-Seshold, Julia; Boehmer, Daniel F. R.; Koenig, Lars M.; Kobold, Sebastian; Schnurr, Max; Raedler, Johannes; Spielmann, Giulia; Karimzadeh, Hadi; Schmidt, Andreas; Endres, Stefan & Rothenfusser, Simon
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Novel Concepts in Innate Immunity 2021, Online/Tübingen Short Talk: Double-stranded Triphosphate-RNA triggers tumor cell death through a RIG-I- dependent priming and an OAS1/RNase L-mediated effector phase,
Thomas Wannerer
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OAS1/RNase L executes RIG-I ligand–dependent tumor cell apoptosis. Science Immunology, 6(61).
Boehmer, Daniel F. R.; Formisano, Simone; de Oliveira Mann, Carina C.; Mueller, Stephan A.; Kluge, Michael; Metzger, Philipp; Rohlfs, Meino; Hörth, Christine; Kocheise, Lorenz; Lichtenthaler, Stefan F.; Hopfner, Karl-Peter; Endres, Stefan; Rothenfusser, Simon; Friedel, Caroline C.; Duewell, Peter; Schnurr, Max & Koenig, Lars M.
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OAS1/RNase L executes RIG-I ligand–dependent tumor cell apoptosis. Science Immunology, 6(61).
Boehmer, Daniel F. R.; Formisano, Simone; de Oliveira Mann, Carina C.; Mueller, Stephan A.; Kluge, Michael; Metzger, Philipp; Rohlfs, Meino; Hörth, Christine; Kocheise, Lorenz; Lichtenthaler, Stefan F.; Hopfner, Karl-Peter; Endres, Stefan; Rothenfusser, Simon; Friedel, Caroline C.; Duewell, Peter; Schnurr, Max & Koenig, Lars M.
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NAI meeting, Edinburgh, 2022 Poster: 5’-Triphosphate RNA triggers cell death through an RIG-I-dependent priming and an OAS1/RNase L mediated effector phase,
Thomas Wannerer
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Annual Immunology Retreat, Harvard Medical Schoon, Boston, 2023: Poster: Cell death-optimized 5’-triphosphate RNAs for improved tumor immunotherapy
Thomas Wannerer
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CIMT Annual Meeting, 2023, Mainz: Poster: Cell death-optimized 5’-triphosphate RNAs for improved tumor immunotherapy
Thomas Wannerer
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i-Target Annual Retreat, Fraueninsel, Chiemsee, 2023: Talk: Cell death-optimized 5’-triphosphate RNAs for improved tumor immunotherapy
Thomas Wannerer
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International Conference on Nucleic Acid Immunity TRR237, Dresden, 2023: Poster: Cell death-optimized 5’-triphosphate RNAs for improved tumor immunotherapy
Thomas Wannerer
