Molekulare Mechanismen der Zelltodinduktion durch doppelsträngige 5‘-Triphosphat-RNA

• Antragsteller: Dr. Lars König
• Fachliche Zuordnung: Immunologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442265435

Doppelsträngige 5‘-Triphosphat-RNA (3P-RNA), die durch einige Viren während der Replikation freigesetzt werden, werden durch die zytoplasmatische Helikase RIG-I erkannt. Die Aktivierung dieses Rezeptors führt zur Freisetzung von Typ I Interferonen (IFN-I), proinflammatorischen Zytokinen und zum Zelltod. Während die Induktion von IFN-I und Zytokinen durch RIG-I in der Literatur überzeugend dargelegt ist, ist die Datenlage zu den Zelltodmechanismen unzureichend und teils gegensätzlich. Insbesondere wurden bislang die beiden Signalwege zur IFN-I-Induktion und Zelltod nicht voneinander diskriminiert. Nach aktuellem Wissensstand werden beide Prozesse direkten Signalwegen distal der RIG-I-Aktivierung zugeordnet.Vor diesem Hintergrund haben wir mit CRISPR/Cas9-generierten knockout (KO)-Zelllinien die Mechanismen der Zytokin- und Zelltodinduktion nach RIG-I-Aktivierung untersucht. Bekanntermaßen sind sowohl IFN-I-Produktion als auch Zelltodinduktion von einer intakten RIG-I-Signalkaskade abhängig. Überraschenderweise führte jedoch die Kokultivierung von RIG-I-KO-Zellen mit Wildtypzellen zu einer Wiederherstellung der 3P-RNA-abhängigen Zelltodinduktion in KO-Zellen. Gleiches konnte durch exogenes IFN-I erzielt werden. Folglich führt RIG-I über IFN-I nur zur Hochregulation eines weiteren 3P-RNA-Sensors, der im zweiten Schritt Zelltod auslöst. Durch Affinitätsaufreinigung mit anschließender massenspektrometrischen Analyse konnte Oligoadenylatsynthase 1 (OAS1) als spezifischer Bindepartner von 3P-RNA identifiziert werden. Zellen, denen RNase L als Effektorprotein von OAS1 fehlte, zeigten eine signifikant reduzierte Zelltodinduktion nach 3P-RNA-Stimulation. Unsere Daten demonstrieren, dass Zytokin- und Zelltodinduktion klar voneinander abgegrenzt werden können.Aus der Unterscheidung von Priming- und Effektorphase stellt sich die Frage, welche der in der Literatur RIG-I zugeordneten Prozesse wirklich durch RIG-I und welche durch OAS/RNase L reguliert werden. Ziel des vorliegenden Projektantrags ist: erstens, die in der Literatur beschriebenen, teils gegensätzlichen Mechanismen zur Zelltodinduktion mit dem hier beschriebenen Mechanismus zu harmonisieren und dem jeweiligen Signalweg zuzuordnen; zweitens, zu untersuchen, ob der dargestellte Mechanismus auch auf physiologische RIG-I-Liganden, die während einer Virusinfektion entstehen, zutrifft; dabei soll untersucht werden, ob es der Zelle durch unterschiedliche RNA-Affinitäten von RIG-I und OAS1 möglich wird, zwischen antiviralen Überlebensstrategien und programmiertem Zelltod zu entscheiden; und drittens, kann nun erstmals untersucht werden, welchen Anteil Zytokinproduktion und Zelltod am Erfolg der 3P-RNA-basierten Immuntherapie hat. Diese Einblicke könnten einerseits dazu führen, Biomarker für das Ansprechen einer (Tumor-)Zelle auf 3P-RNA-Therapie zu identifizieren, anderseits durch gezielte Kombinationstherapien mit pro-apoptotischen Stimuli die Zelltodinduktion und damit die Tumortherapie zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen