Zelloberflächen-Cluster von MHC-Klasse I-Molekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Springer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447012451

MHC (Major Histocompatibility Complex)-Klasse I-Proteine transportieren Peptidfragmente des zellulären Proteoms zur Plasmamembran, um sie zytotoxischen T-Zellen zu präsentieren, die Nicht-Selbst-Peptide erkennen und die präsentierenden Zellen im Falle einer Virusinfektion oder tumorigener Aberration töten können. An der Zelloberfläche können die schweren Ketten der MHC-Klasse I-Moleküle das Ligandenpeptid und die leichte Kette (beta-2-Mikroglobulin) verlieren und nicht-kovalente Assoziationen bilden, wie wir gezeigt haben. Wir haben diese 'MHC -Cluster' mit verschiedenen Methoden charakterisiert: Co-Immunopräzipitation, einem neuartigen Antikörper-Mikropattern-Zwei-Hybrid-Assay, FRAP und Einzelmolekül-Fluoreszenzmikroskopie. Unsere vorläufigen Daten weisen auf die Alpha-3-Domäne der schweren Kette der Klasse I als Interaktionsstelle hin und lassen vermuten, dass die Cluster kurzlebig sind. Wir vermuten, dass die MHC-Cluster meist Dimere von schweren Ketten sind und dass sie eine Rolle bei der hocheffizienten endocytischen Sortierung der verschiedenen Konformationen der Klasse I an der Zelloberfläche spielen, deren Mechanismus bisher unbekannt ist. MHC-Cluster könnten außerdem Liganden für Rezeptoren auf T- und NK-Zellen sein. Das erste Ziel unserer Arbeit ist es, zu verstehen, wie MHC-Cluster entstehen. Wir werden verschiedene murine und humane MHC-Allotypen auf die Clusterbildung testen und sie auch mutagenisieren, um die Interaktionsstelle zu finden. Zum Nachweis der Cluster werden wir den Micropatterning-Assay (Springer- und Lanzerstorfer-Gruppe) und FRAP (Lanzerstorfer-Gruppe) verwenden. Das zweite Ziel ist es, die molekulare Struktur und Dynamik der Cluster zu bestimmen. Wir werden mit Hilfe unseres Kollaborators Martin Zacharias (Technische Universität München, Computational Biology) in-silico-Modelle generieren und die Cluster aus rekombinanten Proteinen für die Röntgenkristallographie herstellen. Wir werden die fortgeschrittenen Spektroskopietechniken unserer Kollaboratoren Jacob Piehler (Universität Osnabrück, für quantitative Einzelmolekülmikroskopie) und Gerhard Schütz (Technische Universität Wien, für künstliche Membransysteme) nutzen, um die Größe, Dynamik und Affinität der Cluster in lebenden Zellen und auf Membranen zu untersuchen. Das dritte Ziel ist die Charakterisierung der biologischen Funktion der Cluster. Um ihre Rolle bei der endozytischen Sortierung der Klasse I zu untersuchen, werden wir die Rate der Endozytose und der Zelloberflächen-Rückkehr der Cluster beobachten und mit peptidbeladenen (monomeren) Klasse I-Molekülen vergleichen. Um ihre Rolle bei der Signalübertragung zu untersuchen, werden wir Reporter-T- und NK-Zellen mit Zellen, die MHC-Cluster aufweisen, stimulieren. Wir werden auch testen, ob fMHC-Cluster eine Rolle bei der Bildung kovalenter Dimere von HLA-B*27:05 spielen, die an der Pathogenese entzündlicher Autoimmunerkrankungen beteiligt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr. Peter Lanzerstorfer