Deciphering the function of actin remodeling in NLR-mediated innate immune sensing
Cell Biology
Final Report Abstract
Die Mustererkennungsrezeptoren NOD1 und NOD2 tragen durch direkte Erkennung von Mikroben zu angeborenen Immunantworten bei. Unsere Daten zeigen, dass NOD1 in menschlichen Zellen mit F-Aktin co-lokalisiert und dass NOD1-vermittelte Entzündungsreaktionen mit Veränderungen der F-Aktin-Dynamik assoziiert sind. Zusammen mit der Beobachtung, dass die GTPasen Rac1 und Rho zur NOD2-vermittelten Signalübertragung beitragen, deutet dies darauf hin, dass NOD1 und NOD2 als „guards“ fungieren, um proinflammatorische Reaktionen sowohl auf MAMP-Erkennung als auch auf Pathogen-induzierte Störungen der F-Aktin-Dynamik zu erlauben. Die Details des Zusammenspiels zwischen NOD1/2 und Aktin und die zugrundeliegenden Signaltransduktionskaskaden blieben jedoch unklar. In dieser Arbeit haben wir die NOD1/2-Signalübertragung und ihre Verbindung zu Aktin-Regulationsprozessen im Detail analysiert. Wir haben mehrere neue Zelllinien mit induzierbarer Expression von funktionellem GFP-Nod1, GFP-Nod2 und GFP-RIPK2 erzeugt und charakterisiert und in biochemischen und zellbiologischen Assays verwendet. Mit diesen neuartigen Instrumenten haben wir die Rolle zuvor beschriebener Modulatoren des Aktin-Zytoskeletts bei NOD1-vermittelten antibakteriellen Reaktionen unter Verwendung von Shigella flexneri und enteropathogenen Escherichia coli (EPEC) als Infektionsmodelle untersucht. Diese Experimente validierten und klärten die Rolle mehrerer Aktin-modulierender Proteine bei der NOD-Signalübertragung und zeigten eine neue Rolle von NOD1 bei der Zellmigration. Unter Verwendung unserer GFP-RIPK2-exprimierenden Zelllinien zeigten wir, dass RIPK2 nach Aktivierung von NOD1 oder NOD2 cytosolische Aggregate bildet, die wir RIPosomen nennen. RIPosomen bildeten sich nach NF-kB-Aktivierung und wurden durch Depletion von XIAP oder Hemmung der XIAP-Aktivität induziert. Die Identifizierung von Proteinen, die spezifisch an lösliches versus aggregiertes RIPK2 gebunden sind, zeigte, dass RIPosomen Plattformen für alternative Signalwege von NOD1/2 sein könnten. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zu unserem Verständnis der NOD1/2-Signalübertragung und ihrer Verbindung zu F-Aktin bei. Die hier generieten Zelllinien sind Grundlage für mehrere Verbundprojekte und eine wertvolle Ressource für die Community. Darüber hinaus konnten wir neue Funktionen der RIPK2-Kinase identifizieren, welche auch neue Erkenntnisse über den Funktionsmechanismus von RIPK2-Inhibitoren liefern, die derzeit wichtige Kandidaten für die Behandlung entzündlicher Erkrankungen sind.
Publications
- Sensing of pathogen-induced F-actin perturbations – a new paradigm in innate immunity? Cell News 1/2015
Hausser A, Ellwanger K, Kufer T, Cell
- NOD1 modulates IL-10 signalling in human dendritic cells. Sci Rep. 2017 Apr 21;7(1):1005
Neuper T, Ellwanger K, Schwarz H, Kufer TA, Duschl A, Horejs-Hoeck J
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-017-00691-x) - Guardians of the Cell: Effector-Triggered Immunity Steers Mammalian Immune Defense. Trends Immunol. 2019 Oct;40(10):939-951
Kufer TA, Creagh EM, Bryant CE
(See online at https://doi.org/10.1016/j.it.2019.08.001) - Programmed necrotic cell death of macrophages: Focus on pyroptosis, necroptosis, and parthanatos. Redox Biol. 2019 Sep; 26:101239
Robinson N, Ganesan R, Hegedűs C, Kovács K, Kufer TA, Virág L
(See online at https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101239) - XIAP controls RIPK2 signaling by preventing its deposition in speck-like structures. Life Sci Alliance. 2019 Jul 26;2(4)
Ellwanger K, Briese S, Arnold C, Kienes I, Heim V, Nachbur U, Kufer TA
(See online at https://doi.org/10.26508/lsa.201900346) - Immunodetection and pathogenesis mediated by bacterial membrane vesicles, in “Bacterial Membrane Vesicles - Biogenesis, Functions and Applications”, Kaparakis-Liaskos, Maria, Kufer, Thomas A. (Eds.), Springer 2020, ISBN 978-3-030-36330-7
Johnston EL, Kufer TA, Kaparakis-Liaskos M
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-030-36331-4_8) - XIAP controls RIPK2 signaling by preventing its deposition in speck-like structures.
Ellwanger K, Arnold C, Briese S, Keines I, Pfannstiel J, Kufer TA
(See online at https://doi.org/10.1101/545400)
