Beeinflussung der subzellulären Lokalisation von Pro-Caspase-1, RIP2, ASC und möglichen anderen CARD-Interaktionspartnern durch Mutationen im CASP1-Gen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die von unserer Arbeitsgruppe kürzlich beschriebenen Mutationen im CASP1-Gen führen aufgrund einer alterierten Proteinstruktur zu einer reduzierten oder komplett fehlenden enzymatischen Aktivität der Caspase-1, was die bei den Patienten auftretenden Fieberschübe und systemische Entzündungsreaktionen nicht erklärt, im Gegenteil eine verminderte Entzündungsreaktion erwarten ließe. Die Auswirkungen von CASP1-Mutationen auf die Beeinflussung der Inflammasombildung und auf die subzelluläre Lokalisation der Procaspase-1 sowie deren Bindungspartner standen im Fokus. Zusätzlich sollten Regulationsmechanismen des Procaspase-1 Interaktionspartners Receptor interacting protein 2 (RIP2) untersucht werden. Mit unseren Arbeiten konnten wir zeigen, dass: - enzymatisch inaktive CASP1-Varianten durch eine vermehrte Interaktion mit RIP2 an der Aktivierung von NF-κB-Signalwegen beteiligt sind. Jedoch scheint die RIP2-abhängige vermehrte NF-κB-Aktivierung nicht die einzige Erklärung für die systemischen Entzündungsreaktionen zu sein, da der klinische Phänotyp der Patienten variiert und nicht alle Patienten mit CASP1-Mutationen erkranken. - die subzelluläre Lokalisation und enzymatische Aktivität der Procaspase-1 durch Fusion mit fluoreszierenden Proteinen beeinflusst werden kann, - die enzymatisch inaktive CASP1-Variante p.L265S eine gestörte nukleäre Lokalisation zeigt, - natürlich vorkommende CASP1-Varianten den proinflammatorischen Zelltod („Pyroptosomenbildung“) und die Verformbarkeit von humanen Monozyten/Makrophagen, nicht aber die Proliferation und Phagozytose beeinflussen. - eine reduzierte oder fehlende Enzymaktivität von Caspase-1 das „Pyroptosom“ in Makrophagen sowohl in Größe, Intensität und im Zeitverlauf stabilisiert, woraus eine vermehrte Interaktion zwischen ASC- und Procaspase-1-Molekülen im Pyroptosom resultiert, - die proinflammatorische Signalübertragung durch Weitergabe von Specks („Pyroptomen“) während der Zellteilung einen zusätzlichen, hoch-effektiven und vorher nicht beschriebenen Mechanismus entzündlicher Prozesse darstellen könnte. Außerdem konnten wir zeigen, dass i) WT-Procaspase-1 die Ubiquitinierung von RIP2 verringert und ii) WT-Procaspase-1 selbst geringere Ubiquitinierungslevel als inaktive Procaspase-1- Varianten aufweist. Daher könnte die geringere NF-κB-Aktivierung durch WT-Procaspase-1 (und damit die stärkere NF-κB-Aktivierung durch CASP1-Varianten) möglicherweise durch eine Beeinflussung der Ubiquitinierungsmuster zustande kommen. Des Weiteren gelang es uns mit Hilfe der Tandem-Massenspektrometrie neue Interaktionspartner der Procaspase-1 zu identifizieren. Diese werden in Nachfolgeprojekten weiter charakterisiert und ihr Einfluss auf die Pathogenese der CASP1-AAE untersucht werden. Zusätzlich konnten wir nachweisen, dass RIP2 neben den proinflammatorischen Eigenschaften auch immun-regulatorische Funktionen besitzt. RIP2 reguliert die Mitophagie durch die Phosphorylierung der Serin/Threonin-Protein-Kinase ULK1, einem Initiator der Autophagie. Der Verlust von RIP2 führte zur Hemmung der Mitophagie, wodurch die Anhäufung von beschädigten Mitochondrien und ROS gefördert und die Hochregulierung von ISGs und des NLRP3-Inflammasomes induzierte wurde. Ein besseres Verständnis der biochemischen Funktionen von RIP2 könnte zu einer sichereren Behandlung und der Entwicklung neuer therapeutischer Strategien in Bezug auf das Targeting von RIP-Kinasen bei entzündlichen Erkrankungen und Krebs beitragen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Human procaspase-1 variants with decreased enzymatic activity are associated with febrile episodes and may contribute to inflammation via RIP2 and NF-κB signaling. J Immunol 2014;192(9):4379-85
Heymann MC, Winkler S, Luksch H, Flecks S, Franke M, Ruß S, Ozen S, Yilmaz E, Klein C, Kallinich T, Lindemann D, Brenner S, Ganser G, Roesler J, Rösen-Wolff A, Hofmann SR
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Altered expression of IL-10 family cytokines in monocytes from CRMO patients result in enhanced IL-1β expression and release. Clin Immunol 2015;161(2):300-7
Hofmann SR, Kubasch AS, Ioannidis C, Rösen-Wolff A, Girschick HJ, Morbach H, Hedrich CM
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Fluorescent tags influence the enzymatic activity and subcellular localization of procaspase-1. Clin Immunol 2015;160(2):172-9
Heymann MC, Rabe S, Ruß S, Kapplusch F, Schulze F, Stein R, Winkler S, Hedrich CM, Rösen- Wolff A, Hofmann SR
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Enzymatically Inactive Procaspase-1 stabilizes the ASC-Pyroptosome and supports Pyroptosome Spreading during Cell Division. J Biol Chem 2016;291(35):18419-29
Stein R, Kapplusch F, Heymann MC, Russ S, Staroske W, Hedrich CM, Rösen-Wolff A, Hofmann SR
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Serum biomarkers for the diagnosis and monitoring of chronic recurrent multifocal osteomyelitis (CRMO). Rheumatol Int 2016;36(6):769-79
Hofmann SR, Kubasch AS, Range U, Laass MW, Morbach H, Girschick HJ, Hedrich CM
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Serum biomarkers for the diagnosis of chronic nonbacterial osteomyelitis. Front Pediatr 2017;5:256
Hofmann SR, Böttger F, Range U, Lück C, Morbach H, Girschick HJ, Suttorp M, Hedrich CM
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Autoinflammation and macrophage activation syndrome caused by mutation in the leucine rich repeat domain of NLRC4 delineates mechanisms of inflammasome assembly. The Journal of Allergy and Clinical Immunology 2018;pii: S0091-6749(18)30710-3
Moghaddas F, Zeng P, Zhang Y, Schützle H, Brenner S, Hofmann SR, Czabotar P, Zhao Y, Canna S, Winkler S, Lehmberg K, Wicks IP, De Nardo D, Hedrich CM, Zeng H, Masters SL
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CD14+ monocytes contribute to inflammation in Chronic Nonbacterial Osteomyelitis (CNO) through increased NLRP3 inflammasome expression. Clin Immunol 2018;pii: S1521-6616(18)30257-2
Brandt D, Sohr E, Pablik J, Schnabel A, Kapplusch F, Mäbert K, Girschick JH, Morbach H, Thielemann F, Hofmann SR, Hedrich CM
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IL10 promoter haplotypes may contribute to altered cytokine expression and systemic inflammation in celiac disease. Clin Immunol 2018;190:15-21
Hofmann SR, Laass MW, Fehrs A, Schuppan D, Salminger D, Mäbert K, Hedrich CM
