Wie GBPs Bakterien angreifen, die in das Cytosol eindringen

• Antragsteller: Dr. Felix Scharte
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538254340

Die Caspasen (CASP)-4/5/11 fungieren als cytosolische Sensoren für bakterielles Lipopolysaccharid (LPS), welche bei Aktivierung einen pyroptotischen Zelltod durch Spaltung von Gasdermin-D auslösen. Bisher ist allerdings unklar wie diese Caspasen Zugang zu LPS erhalten, das in die Membranen von cytosolischen Bakterien eingebettet ist. Erst kürzlich wurden Guanylat-bindende Proteine (GBPs) identifiziert, die sich auf der Oberfläche Gram-negativer Bakterien zu polyvalenten Signalplattformen zusammenschließen und für die Aktivierung von CASP-4 erforderlich sind. GBPs sind Interferon-induzierbare GTPasen, die eine Wirkung gegen bakterielle, protozoische und virale Krankheitserreger besitzen. Die Rekrutierung von GBPs zu Gram-negativen Bakterien hängt von deren Prenylierung ab, die für die Verankerung der Proteine in der äußeren Bakterienmembran erforderlich ist. Die Bildung der GBP-Hülle und die Aktivierung von CASP 4 werden hierarchisch gesteuert: GBP1 erkennt in das Cytosol eindringende Bakterien, ist für den Aufbau der Signalplattform erforderlich und rekrutiert alle anderen GBPs; GBP2 und GBP4 kontrollieren die CASP-4-Rekrutierung, während GBP3 die Aktivierung von CASP-4 steuert. Obwohl GBP1 LPS direkt binden kann, ist die Rekrutierung von GBPs zu bakteriellen Membranen kein einfaches, durch Diffusion begrenztes Bindungsereignis, sondern erfolgt durch die Bildung intermediärer GBP-Aggregate, was auf die Existenz weiterer Proteine, die den Prozess kontrollieren, schließen lässt, möglicherweise sogar auf eine "Beladungsmaschinerie". Viele Fragen zu diesem Weg sind noch offen: "Wie setzen sich die GBP-Aggregate zusammen?", "Welche Cofaktoren sind an der Bildung der GBP-Aggregate beteiligt?", "Wie wird CASP-4 an die bakterielle GBP-Hülle geliefert und dort aktiviert?" und "Welche posttranslationalen Mechanismen regulieren die GBP-Funktionen?". Die Ziele meines Projekts sind daher die Untersuchung der Rekrutierung von GBPs zu cytosolischen Bakterien, die Identifizierung der dafür erforderlichen Mechanismen und der anschließenden Aktivierung von CASP-4. In Teil 1 werde ich die molekularen Faktoren der GBP-Hüllenbildung bestimmen, wobei ich mich auf Proteine konzentriere, die möglicherweise an der Prozessierung und Regulierung von GBPs beteiligt sind. Dazu gehören RCE1 und ICMT, die für die C-terminale Prozessierung und das Priming von GTPasen zur Assoziation mit Membranen verantwortlich sind, sowie RNF213, eine E3-Ligase zuständig für die Ubiquitylierung von LPS. In Teil 2 werde ich CRISPR-Technologie einsetzen, um neue Gene zu identifizieren, die für die Bildung der GBP-Hülle und bakterieninduzierter Pyroptose erforderlich sind. Mit meinem Projekt werde ich neue Mechanismen der GBP-Rekrutierung zu cytosolischen Bakterien und die CASP-4-abhängige Induktion der Pyroptose aufdecken, was wesentliche neue Erkenntnisse über die GBP-bezogene zellautonome Immunität liefern und mögliche Ziele für die Regulierung von Inflammasomen und Sepsis aufdecken wird.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Dr. Felix Randow