Die Regulation des DNA-abbauenden Enzyms TREX1 durch Intramembranproteolyse und die Bedeutung dieses Prozesses bei humanen Autoimmunerkrankungen sowie als Modell für ER Proteostase

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Schröder
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518795826

Mutationen im Three Prime Repair Exonuclease 1 (TREX1) Gen führen zu verschiedenen auto-inflammatorischen Erkrankungen, wie dem Aicardi-Goutières-Syndroms (AGS). TREX1 ist ein DNA-abbauendes Enzym, das DNA aus dem Zytosol entfernen kann. Aus Sicht einer Zelle kann DNA im Zytosol auf Pathogene hinweisen. Daher gibt es Mechanismen wie den cGAS-STING-Signalweg, der von zytolischer DNA aktiviert wird und Abwehrreaktionen wie die Produktion von Interferonen auslöst. Eine Überaktivierung dieser Wege durch akkumulierende DNA, z. B. in Abwesenheit von TREX1, führt zu pathologischen Immunreaktionen. TREX1 ist ein tail-anchored Protein, das über eine C-terminale Transmembrandomäne (TMD) in der ER-Membran verankert ist. Verschiedenen Studien zufolge wurde TREX1 auch im Zellkern nachgewiesen, ohne dass dies bislang mechanistisch erklärt wurde. Wir haben TREX1 als neues Substrat der ER-lokalisierten Intramembranprotease Signal-peptid-peptidase (SPP) identifiziert. Die Spaltung durch SPP setzt eine lösliche Form von TREX1 ins Zytosol frei. Sowohl die gespaltene lösliche als auch die membrangebundene Form von TREX1 kommen konstitutiv vor. Die Proteolyse von TREX1 kann jedoch auch zu einem raschen weiteren Abbau führen, so dass SPP letztlich die zellulären TREX1-Spiegel steuert. Diese Befunde identifizieren SPP als wesentlichen Regulator von TREX1. Mit SPP-defizienten Zellen und Mäusen steht ein System zur Verfügung, in dem die Bildung von löslichem TREX1 unterbunden ist. Wir wollen analysieren, wo und unter welchen Bedingungen die Prozessierung von TREX1 stattfindet, wie dies die Stabilität des Spaltprodukts beeinflusst und mit der beschriebenen Kerntranslokation zusammenhängt. Eine zentrale Frage ist, wie die Lösung der Membranbindung von TREX1 dessen Fähigkeit beeinflusst, zytosolische DNA verschiedenen Ursprungs, auch von Retrotransposons, abzubauen. Ferner soll analysiert werden, wie zytosolisches TREX1 die Initiierung von Interferonantworten durch exogene, pathogen-assoziierte oder durch Bestrahlung freigesetzte zelluläre DNA moduliert. Dies beinhaltet die Generierung einer neuen Mauslinie, welche ausschließlich lösliches TREX1 exprimiert. Eine AGS-verursachende Mutation in der TREX1-TMD erhöht sehr deutlich die Spaltbarkeit von TREX1, was darauf hinweist, dass die TREX1-Proteolyse einen relevanten Prozess darstellt. Wir werden untersuchen, wie die veränderte Proteolyse dieser und weiterer krankheitsassoziierter TREX1-TMD-Mutationen mit der Krankheitsentstehung zusammenhängt. Auch hinsichtlich der Protease SPP sind bis heute viele Fragen, z.B. der Substraterkennung und des weiteren Abbaus der Spaltprodukte offen. Wir halten TREX1 für ein ideales Modellsubstrat, um diese SPP-bezogenen mechanistischen Fragen zu analysieren. Insgesamt wird dieses Projekt wesentliche neue Einblicke in zelluläre Regulationsmechanismen Nukleinsäure-gesteuerten Immunantworten liefern und aufklären, wie eine Fehlregulation dieser Prozesse zu humanen Erkrankungen führen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen