Mechanismus und in-vitro-Rekonstitution des Tapasin-vermittelten Peptid-Austauschs

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Freund
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528514500

Die Präsentation von Antigenen für die T-Zell-Erkennung erfolgt durch Proteine des sogenannten Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC). Die Allele dieses stark polymorphen Genlokus führen auf die Population gesehen zur Expression tausender verschiedener MHC-Allotpyen. Jeder Allotyp kann dabei viele verschiedene antigene Peptide binden. Im Falle der Oberflächenpräsentation können diese Peptide von T-Zellen daraufhin überprüft werden, ob sie von körperfremden Proteinen stammen, was potentiell den adaptiven Arm der Immunantwort anschaltet. Von den beiden Hauptklassen der MHC-Moleküle sind es die MHC-I-Moleküle die auf allen kernhaltigen Zellen präsentiert werden. Sie erhalten ihre Antigene typischerweise durch Proteasom-abhängige Proteindegradation. Diese abgebauten Peptide mit einer Länge von 9-15 Aminosäuren werden dann durch den „Transporter associated with Antigen Processing (TAP)“ in das endoplasmatische Retikulum eingeschleust und durch die Aminopeptidasen ERAP1/2 weiter verkürzt. Anschließend werden sie im sogenannten „Peptide Loading Complex“ (PLC) auf die MHC-I-Moleküle übertragen. Eine wesentliche Komponente des PLC ist Tapasin, das zum einen MHC-Moleküle stabilisieren kann und zum anderen den Austausch von niedrig- zu hochaffinen Peptiden katalysiert. Damit hat Tapasin einen direkten Einfluss auf das MHC-I-präsentierte Peptidom und als Konsequenz auch auf die T-Zell-Reaktivität des Immunsystems. Die Bindung und Peptid-Austausch-Aktivität von Tapasin variiert stark für die verschiedenen MHC-I-Allotypen und wirft die Frage nach dem zugrunde liegenden Mechanismus auf. Diese zentrale Frage soll hier zunächst durch Anwendung strukturbiologischer und biochemischer Methoden adressiert werden. Sieben humane und drei Nager-MHC-I-Proteine sollen im Hinblick auf ihre Bindung zu und Peptid-Austausch-Abhängigkeit von Tapasin analyisert werden. Weiterhin wird in einem zweiten Teil ein in vitro Rekonstitutionssystem entwickelt werden, das wesentliche Komponenten der MHC-I-Prozessierungsmaschinerie enthält. Die Etablierung eines solchen minimalistischen experimentellen Systems wird uns die Identifizierung der MHC-I-gebundenen Peptidome ermöglichen, die durch Abbau viraler oder Tumor-assoziierter Proteine entstehen. Die neuen Erkenntnisse zur Tapasin-Abhängigkeit der Peptid-Präsentation verschiedener Allotypen können verknüpft werden, um die Präsentation viraler oder Tumor-abgeleiteter Neoantigene Allotyp-spezifisch vorherzusagen, oder sie können zur Entwicklung von Werkzeugen zur Visualisierung, Anreicherung und Expansion reaktiver T-Zell-Klone dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen