Expired Projects

DAAD PPP Australia

Title: Structural and functional aspects of microbial detection by Nod1

Projekt Number 57445802

01/2019 - 12/2020

Prof. Dr. Thomas Kufer (Hohenheim University)

Prof. Maria Liaskos (La Trobe University, Victoria)

DFG Project KU 1945/4-1

Deciphering the function of actin remodeling in NLR-mediated innate immune sensing

 

Innate immunity depends on sensing of conserved pathogen derived structures, referred to as “microbe associated molecular patterns” (MAMPs) by “pattern-recognition receptors” (PRRs) in the host cell. Members of the NLR-protein family are important PRRs that refer inflammatory responses upon activation by microbial stimuli. We have a long standing interesting in the functional characterization of mammalian NLR proteins. A particular focus of our work lies on the NLR-protein NOD1 that senses bacterial peptidoglycan. Although the main concepts of NOD1 activation and signaling are emerging, our knowledge on the cell biology of NOD1 and its fine regulation is still quite limited.  We have shown that NOD1 co-localizes with F-actin in the host cell and in more recent work using HT-screening we now have identified components of the actin regulatory network that contribute to NOD1-mediated inflammatory responses. Notably, many invasive bacteria, that can activate NOD1, can simultaneously affect actin dynamics by the action of virulence proteins which often target small GTPases that indirectly regulate F-actin dynamics. Recent findings, show that subversion of host Rho GTPase activity by bacterial effectors is linked to NOD1-mediated inflammatory responses.

Our recent study revealed that F-actin dynamic is important for NOD1 signaling in human cells. We have identified key components of the regulation of F-actin dynamic, namely the phosphatase SSH1 and its substrate cofilin, as important molecular mediators of this function. This leads us to propose that these proteins are involved in integrating subversion of actin remodeling by bacterial effectors and MAMP sensing.

Here we will expand on our recent findings and address open questions, such as the role of the different orthologs of cofillin and SSH in NLR-meditated responses. Most importantly, we will elucidate the underlying molecular details by identification of the network of proteins involved in this novel pathway. Finally, will address if activation of NOD1 changes actin polymerization in human cells and if this contributes to cell-autonomous anti-bacterial responses. Moreover, we will expand our initial observation made with Shigella flexneri as infection model to other clinically relevant bacterial pathogens and analyze the effect of SSH1/cofilin on additional NOD1-mediated signalling outcomes such as autophagy.

The indirect sensing of bacterial activity by “guarding” host cell actin dynamics is a novel concept in the field of innate immunity in mammals. Deciphering the role of F-actin remodelling in NLR-mediated innate immunity will provide important novel insights into the biology of host-pathogen interactions and in the long run will set the stage for the development of novel therapeutically strategies to treat inflammatory disorders.

DAAD PPP Ungarn

"Role of NLRC5 in innate immune responses"

Project ID 57215944

DFG, SFB 670

"Characterization of the roles of NLRC5 in immune responses"

 

 Zusammenfassung

Anti-virale Immunität wird in erster Linie durch die zellautonom induzierte Typ I Interferon Antwort und durch Antigenpräsentation an Zellen des adaptiven Immunsystems über Haupthistokompatibilitäts Moleküle (MHC) der Klasse I vermittelt. MHC I restringierte zytotoxische T Zell Antworten spielen daneben auch eine wichtige Rolle bei der Eliminierung transformierter maligner Zellen.

Wir konnten vor kurzem zeigen, dass das humane NLRC5 Protein sowohl in der Typ I Interferonantwort als auch in der Regulation der Expression von MHC Klasse I Genen involviert ist. Diese beiden Funktionen scheinen mit einer differentiellen sub-zellulären Lokalisation von NLRC5 im Zytosol und im Zellkern assoziiert zu sein. In der Tat ist solch eine duale Funktion für ein immunregulatorisches Protein sehr ungewöhnlich, was aus NLRC5 als ein sehr interessantes Forschungsobjekt macht.

NLRC5 ist ein Mitglied aus der Familie der "Nucleotide-binding domain, Leucine rich Repeat containing proteins" (NLRs). Mitglieder dieser Familie spielen wichtige Rollen in der angeborenen und adaptiven Immunantwort im Menschen. Für das NLR-Protein  MHC Klasse II Transaktivator (CIITA) ist etabliert, dass dies als Hauptregulator der MHC Klasse II Geneexpression fungiert. Es wurde lange spekuliert, dass ein ähnliches Protein mit analoger Funktion für die Regulation der MHC Klasse I Gene existiert. Unsere Daten lassen vermuten, dass NLRC5 dieser lang gesuchte Faktor ist. Die genaue Funktion von NLRC5 in der Regulation der Typ I Interferonantwort als auch in der Regulation der MHC Klasse I Genexpression sind derzeit jedoch nicht bekannt.

Unsere Arbeitsgruppe hat ein lang bestehendes wissenschaftliches Interesse an der molekularen Charakterisierung der Funktion von menschlichen NLR Proteinen. Dieses Projekt hat zum Ziel, die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der Rolle von NLRC5 in der zellautonomen anti-viralen Immunantwort als auch in der Kontrolle der MHC Klasse I Genexpression im Detail zu verstehen.

Die erwarteten Resultate werden interessante neue Einsichten in fundamentale Prozesse der Immunologie, insbesondere in die Regulation der MHC Klasse I Genexpression, erlauben.