Funktion und Regulation der ISG15 spezifischen Isopeptidase USP18

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Klaus-Peter Knobeloch
• Fachliche Zuordnung: Immunologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325088716

Protein Modifikation durch Ubiquitin (Ub) und Ubiquitin-ähnliche Proteine (UBL) wie z.b SUMO, NEDD8, FAT10 oder Hub1 beeinflussen vielfältige biologische Prozesse. Dabei wirken Ub/UBL dekonjugierende Proteasen als wichtige Gegenregulatoren. Das Interferon stimulierte Gen 15 (ISG15) ist ein UBL, welches analog zu Ubiquitin kovalent an Substrate konjugiert wird (ISGylierung) Es ist ein Typ I Interferon (IFN) Effektorsystem, welches gegen virale und bakterielle Pathogene gerichtet ist, aber auch an anderen Prozessen wie z.B Tumorgenese oder DNA Reparatur beteiligt ist. ISGylierung ist durch die ISG15-spezifische Isopeptidase USP18 reversibel. Mit Hilfe von Knock-In Mäusen konnten wir kürzlich zeigen, dass die gezielte Inaktivierung der USP18 Protease Funktion zu einer erhöhten Virusresistenz führt. Daher könnte die Inhibition der USP18 Protease Aktivität eine vielversprechende antivirale Strategie darstellen. Zurzeit sind nur wenige Proteine bekannt, die mit USP18 interagieren und es ist unklar wie sich Interaktionspartner und USP18 gegeneinander beeinflussen. Mit Hilfe eines Yeast two hybrid screens haben wir nun Interaktionspartner identifiziert, die auf einen Crosstalk von USP18 mit dem NfkB Signalweg und mit epigenetischen Kontrollmechanismen hindeuten. Im Rahmen des vorliegenden Antrags sollen diese mechanistisch näher untersucht werden. Unabhängig von seiner enzymatischen Funktion ist USP18 einer der wichtigsten Negativregulatoren der IFN Antwort. Entsprechend konnten wir und andere Gruppen zeigen, dass der Verlust von USP18 zu einer aberranten Mikrogliaaktivierung führt und beim Menschen eine embryonal tödliche Interferonopathie hervorruft. Trotz dieser klinischen Relevanz ist der ursprüngliche Auslöser für die unkontrollierte inflammatorische Reaktion bisher unbekannt. Wir werden diese Frage in einem Rescue-approach mit Hilfe von Doppel k.o Mäusen adressieren bei denen zusätzlich charakteristische Schlüsselmoleküle (z.B MAVS, MYD88, STING etc.) depletiert sind, die initiale Pathogen-/Schädigungs-Signale verarbeiten. Bisher variiert der Phänotyp von USP18-/- Mäusen abhängig vom genetischen Hintergrund so stark, dass eine Zuordnung von molekularen Mechanismen zu den phänotypischen Auswirkungen oft schwierig ist. Die von uns erzeugten USP18fl/fl Mäuse erlauben es nun, die Konsequenzen des USP18 Verlustes zellspezifisch und zeitlich kontrolliert in dem gut charakterisierten C57BL/6 Stamm zu untersuchen. Zudem werden wir die in diesem Hintergrund beobachtete embryonale Lethalität der USP18-/- Tiere mechanistisch näher untersuchen, da dies ein geeignetes Tiermodell zur Analyse der humanen USP18 Defizienz darzustellen scheint. Zusammengefasst erwarten wir, dass Ergebnisse dieses Projektes neue Einblicke in die Regulation von USP18 und dessen Einfluss auf interagierende Proteine liefern. Zudem sollen neue mechanistische Erkenntnisse über die Rolle von USP18 bei der Kontrolle aberranter inflammatorischer Prozesse gewonnen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen