Die Rolle der N-Chlorinierung, einer neuartigen post-translationalen Modifikation, in Wirts-Pathogen Interaktionen und chronischer Entzündung

• Antragsteller: Professor Dr. Lars Leichert
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Immunologie ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521368577

Hypochlorige Säure (HOCl), die durch Immunzellen während des sogenannten Oxidative Burst produziert wird, ist ein hochtoxisches Oxidanz. Um die Begegnung mit HOCl-produzierenden Immunzellen überleben zu können, sind im Laufe der Evolution mehrere Verteidigungssysteme in Bakterien entstanden. Im Jahr 2014 haben wir herausgefunden, dass RidA ein bakterielles redox-reguliertes Chaperon ist, welches Escherichia coli hilft, HOCl-Stress zu überleben. Dieses Chaperon wird durch N-Chlorinierung, eine neuartige HOCl-induzierte post-translationale Modifikation, aktiviert. Diese N-chlorinierung kann durch das NADPH-abhängige Thioredoxin-System zurückreduziert werden. Seit unserer Entdeckung haben wir, und andere, weitere Proteine identifiziert, die durch HOCl N-chloriniert werden können, zum Teil bakteriell (wie CnoX) zum Teil human (wie Serum Albumin und andere Plasma-Proteine). Für diese N-chlorinierten Proteine konnte gezeigt werden, dass sie sowohl immuno-modulatorische als auch schützende Wirkungen haben. Bisher stammen diese Erkenntnisse allerdings vor allem aus Beobachtungen in in vitro Systemen. Eine mögliche regulatorische Rolle dieser Modifikation in Wirts-Pathogen Interaktionen und chronischer Entzündung ist daher zunächst nur impliziert. Hier stellen wir einen Antrag zur Entwicklung chemischer Sonden, die es uns zum ersten Mal ermöglichen sollten, die (patho-)physiologischen Bedeutung der N-chlorinierung auch in vivo zu untersuchen. Zunächst möchten wir die Reduktion von N-Chloraminen durch Thioredoxin biochemisch charakterisieren, um so den molekularen Mechanismus, welcher N-Chlorinierung mit der Thiol-Redox-Homöostase verbindet, zu identifizieren. Dies soll das Fundament der Einbindung der N-Chlorinierung als regulatorische Modifikation in der Wirts-Pathogen-Interaktionen und der chronischen Entzündung aufzeigen. Gleichzeitig wollen wir eine Reihe von Sonden zum Nachweis und zur Quantifizierung von Protein-N-Chloraminen synthetisieren. Diese Sonden werden wir dann charakterisieren und, basierend auf unserer Erfahrung in quantitativer Redox-Proteomik, eine chemoproteomische Methode zur Quantifizierung des Ausmaßes an Protein-N-Chloraminen in vivo entwickeln. Mit diesen Werkzeugen können wir dann die Rolle des Thioredoxin- und Glutathion-Systems in der Aufrechterhaltung der zellulären N-Chloramin-Homöostase in E. coli während HOCl-Stress und in Anwesenheit von Immunzellen aufklären. Zusätzlich werden wir zum ersten Mal versuchen, Protein-N-Chloramine in Proben von Patienten mit juveniler idiopathischer Arthritis nachzuweisen, um die klinische Relevanz dieser neuartigen post-translationalen Modifikation in chronischen Entzündungskrankheiten zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen