Einfluss des Ubiquitin-Systems auf die Orchestrierung der Signalübertragung bei anhaltender TNF Exposition
Rheumatologie
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ubiquitin (Ub) ist ein kleines Protein, welches in allen Lebewesen vorkommt und durch seine Funktion als post-translationale Modifikation eine Vielzahl zellulärer Prozesse beeinflusst. Die geordnete Übertragung von externen Signalen in der Zelle, wie zum Beispiel die TNF-Signalweiterleitung, erfordern viele verschiedene post-translationale Modifikationen. Störungen in diesen empfindlichen Signalsytemen sind die Ursache vieler verschiedener Erkrankungen des menschlichen Organismus. Dazu gehören die akuten Entzündungssyndrome, wie SIRS und Sepsis, chronische Entzündungserkrankungen wie Arthritis und entzündliche Darmerkrankungen, aber auch bösartige Neoplasien. Wir haben eine neue, bisher nicht charakterisierte Phosphorylierungsstelle am Serin-20 des Ub-Moleküls identifiziert. In unseren Experimenten zeigte sich, dass die Phosphorylierung an dieser Position deutlich reduziert wird, wenn die Zellen lange Zeit mit TNF behandelt werden. Im Rahmen dieser Förderperiode konnten wir diese Erkenntnis bestätigen und die Grundlagen entwickeln, um die molekulare Funktion der Phosphorylierung von Ub an Serin-20 im Detail zu erforschen. Wir konnten zeigen, dass Ub in Abhängigkeit von externen Einflüssen auf die Zelle phosphoryliert wird. Die Entwicklung eines Phosphorylierungs-sensitiven Antikörpers gegen Ub-Serin-20 führte zu einer direkteren Beobachtungsmöglichkeit von Veränderungen an dieser Stelle, welche so vorher nicht möglich war. Darüber hinaus haben wir mutierte Varianten des Ub-Moleküls herstellen können, welche nicht mehr an Serin-20 phosphoryliert werden können, bzw. eine dauerhafte Phosphorylierung simulieren sollen. Diese Varianten haben wir in menschlichen Zellen exprimiert und konnten zeigen, dass sie analog dem endogenen Ub von der Zelle genutzt werden können. Dies versetzte uns in die Lage Proteininteraktionsstudien zu starten, um herauszufinden welche Enzyme und Substratproteine im Zusammenhang mit der Phosphorylierung von Ub an Serin-20 von Bedeutung sind. So konnten wir bereits zeigen, dass TRAF2, ein wichtiges Protein im TNF- Signalkomplex, mit Ub interagiert ohne dass ein Signal vorliegt, aber nur wenn die Phosphorylierungsstelle am Serin-20 entfernt ist, jedoch nicht, wenn die Wildtyp-Sequenz exprimiert wird. Wir konnten mit diesen Arbeiten eine stabile Basis für zukünftige Projekte etablieren. Diese müssen die hier entwickelten Experimente fortführen, um am Ende zu einem tieferen Verständnis der Ub-Phosphorylierung und ihrer Funktion bei der zellulären Signalübertragung zu gelangen. Zusätzlich wird das Potential der Ub-Phosphorylierung als Krankheitsindikator oder Therapieziel von großem Interesse sein, um die Diagnose und Prognose entzündlicher Erkrankungen und bösartiger Neoplasien zu verbessern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- TNF Tolerance in Monocytes and Macrophages: Characteristics and Molecular Mechanisms. J Immunol Res, 2017. 2017: p. 9570129
Huber R., Bikker R., Welz B., Christmann M., Brand K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1155/2017/9570129) - (Phospho-)Proteome analysis of TNF long term-incubated primary human monocytes. DGKL-P071. Annual meeting of the DGKL 2018 in Mannheim
R. Bikker, B. Welz, M. Christmann, M. Weber, L. Hoffmeister, K. Neumann, K. Preuß, J. Junemann, A. Pich, R. Huber, K. Brand
- Impact of the ubiquitin system on the orchestration of signal transduction during continuous TNF challenge. DGKL-P073. Annual meeting of the DGKL 2018 in Mannheim
M. Christmann, R. Bikker, K. Brand
- Phosphorylation of Ubiquitin at serin-20 and its impact on the coordination of cellular functions in human cells. DGKL-PO-58. Annual meeting of the DGKL 2019 in Magdeburg
M. Christmann, R. Bikker, K. Brand
- Proteome and Phosphoproteome Analysis in TNF Long Term-Exposed Primary Human Monocytes. Int J Mol Sci, 2019. 20(5)
Welz B., Bikker R., Junemann J., Christmann M., Neumann K., Weber M., Hoffmeister L., Preuss K., Pich A., Huber R., Brand K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/ijms20051241)
