Aufklärung der Inflammasomen-Aktivierung mit Alpaka Einzeldomänen-Antikörpern

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Ingo Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Immunologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322568668

Spezialisierte Zellen des angeborenen Immunsystems reagieren auf Infektion oder Zellschäden durch den Aufbau von Inflammasomen. Diese Signalkomplexe erlauben die Rekrutierung und autokatalytische Spaltung von Pro-caspase-1, oft unter Verwendung von hoch-organisierter Strukturen des Adaptors ASC, mikroskopisch sichtbar als ASC Foci. Caspase-1 aktiviert pro-inflammatorische Zytokine und/oder Zelltod durch Pyroptose um eine lokale Entzündung auszulösen. Dies ist essentiell um Virusinfektionen einzudämmen, muss aber streng kontrolliert werden um auto-inflammatorische Erkrankungen zu verhindern.Wir wissen wenig über die molekularen Vorgänge, die nötig sind um die involvierten Sensoren zu aktivieren, ASC Foci zu organisieren, oder Caspase-1-Aktivität zu kontrollieren. Dies liegt hauptsächlich daran, dass uns die nötigen Ansätze fehlen um Inflammasomen in ihrer nativen Umgebung zu untersuchen: Wird eine Komponente entfernt, geht oft die gesamte makromolekulare Struktur verloren. Um dies zu überwinden, schlage ich einen völlig neuartigen Ansatz vor um Inflammasomen mechanistisch zu untersuchen: Wir werden Einzeldomänen-Antikörper (VHHs) aus immunisierten Alpakas identifizieren, welche im Zytosol exprimiert Proteinfunktionen stören und Inflammasomen in ihrer nativen Umgebung visualisieren können. Um VHHs zu finden, die bestimmte Schritte der Inflammasom-Assemblierung aktivieren oder inhibieren, werden wir einen von mir etablierten neuartigen phänotypischen Screening-Ansatz verfolgen. Wie werden den exemplarischen Inflammasom-Sensor NLRP1 analysieren, um die Domänen und Konformationsänderungen aufzudecken, die für Ligandenbindung, Sensor-Oligomerisierung und die Rekrutierung von ASC notwendig sind. Um molekulare Interaktionen und den genauen Aufbau der ASC Foci zu visualisieren, werden wir VHHs als Modulatoren und wohldurchdachte Mikroskopie-Werkzeuge verwenden. Dabei werden wir herausfinden, wie ASC verschiedene Signalen integriert um Caspase-1 zu rekrutieren und zu kontrollieren. Letztendlich werden wir die erzeugten Werkzeuge anwenden, um die bisher nicht gut verstandene physiologische Aktivierung von Inflammasomen durch Viren zu untersuchen. Wir werden primäre Zellen und Zelllinien aus Mensch und Maus mit einer repräsentativen Auswahl von Viren infizieren. Virus-kodierte Biosensoren werden uns helfen systematisch zu testen, welche Zelltypen Inflammasomen assemblieren können. Dabei werden wir ergründen, welche zellulären Sensoren welche Schritte der Virusreplikation erkennen, und wie das Zusammenspiel verschiedener Zelltypen und zellulärer Faktoren die antivirale Inflammasom-Antwort bestimmt.Der vorgeschlagene Forschungsplan adressiert die übergeordnete Frage, wie Zellen des angeborenen Immunsystems eine ausgewogene Entzündungsreaktion auf zytosolische Gefahren wie Viren auslösen. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden helfen, antivirale Antworten und auto-inflammatorische Erkrankungen zu verstehen und daher Grundlagenforschung und Anwendung dienen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen