Cargo uptake and release of the human lectin receptor Langerin
Structural Biology
Final Report Abstract
Die Familie der C-typ Lektine ist die größte und diverseste Familie der Kohlenhydratbindenden Proteine. Vielfach werden diese Proteine als membranständige Rezeptoren auf Immunzellen exprimiert und sind dort in Prozessen der Pathogenerkennung involviert. Die Erreger werden anhand ihrer Oberflächenpolysaccharide erkannt und dann internalisiert. So gelangen sie ins endosomale Kompartment, wo sie anschließend von der Zelle verdaut werden. Die daraus resultierenden Peptide werden als Antigene präsentiert von den Immunzellen. Um diesen Prozess der Pathogenerkennung mit anschließendem endosomalen Transport und der Antigenpräsentation besser zu verstehen und in diesen Abläufen die Rolle der C-Typ Lektine zu definieren, haben wir uns den Rezeptor Langerin ausgewählt. Langerin erkennt wie die meisten C-typ Lektine seine Kohlenhydratliganden über die Koordination des Kofaktor Ca2+ in der Kohlenhydraterkennungsseite. Langerin ist auf Langerhans Zellen in der Epidermis der menschlichen Haut für die Abwehr verschiedenen Erregern verantwortlich. Aus unseren Vorarbeiten waren nun Mutationen des Langerins bekannt, welche die Ca2+ Komplexierung durch Änderung der Affinität und auch Änderung der pH Sensitivität modulieren sollten. Hierfür wurden biophysikalische Untersuchungen mittels NMR und ITC durchgeführt und von biochemischen Experimenten unterstützt. Eine Reihe von Einzel- und Doppelmutanten wurde so beschrieben, die teilweise überraschende Kompensationen der Doppelmutanten hervorbrachten. Zusammen mit Molekulardynamik Simulationen konnte dann eine Hypothese aufgestellt werden, welche die pH Sensitivität der Ca2+ Komplexierung beschreibt. Bei der Übersetzung dieser Resultate in die zellbiologischen Untersuchungen wurde dann jedoch klar, dass diese Effekte entweder nicht messbar sind oder keine Auswirkungen auf die wirkliche Prozessierung von aufgenommenen Pathogenen haben. Wir konnten jedoch unsere Einblicke in die Aufnahme und Prozessierung nutzen um den Rezeptor Langerin für die Verwendung als Zielrezeptor für die Entwicklung neuartiger Impfstoffe genauer zu untersuchen. Hier konnten wir auf ein delivery System zurückgreifen, dass in einem vorherigen DFG Projekt entwickelt wurde und zeigen, dass zum Beispiel Proteine gezielt an Langerhans Zellen in der intakten menschlichen Haut ex vivo ausgeliefert werden können. Dies bildet die Grundlage für mögliche Untereinheitenimpfstoffe. Weiterhin gelang es uns ebenfalls für andere Substanzklassen eine solche spezifische Aufnahme zu zeigen, darunter mRNA und Glykolipide. Damit wurde die Grundlage geschaffen, das Langerhans Cell Targeted Delivery System (LC-TDS) für die Entwicklung neuartiger Impfstoffe zu untersuchen, die in Zukunft eine Verabreichung über die ermöglichen könnten.
Publications
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Rentzsch M, Wawrzinek R, Zelle-Rieser C, Bellmann L, Fuchsberger FF, Schulze J, Busmann J, Rademacher J, Sigl S, Del Frari B, Stoitzner P, Rademacher C
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