PHOSPHORYLATION DYNAMICS OF TOLL-LIKE RECEPTOR SIGNALING

Det medfødte immunsystemet er den første viktige barrikaden mot mikrobielle trusler som for eksempel patogene virus og bakterier. I tillegg senser dette immunsystemet faresignaler som stammer fra døde celler, som må ryddes ut av veien uten å utløse en uønsket inflammasjons-/betennelsestilstand. Denne overvåkningen gjøres av flere celletyper i immunsystemet vårt, og makrofager er en av de mest sentrale celletypene som utfører disse spesialiserte oppgavene. Makrofager inneholder ulike sensorproteiner som hele tiden overvåker kroppen vår mht. patogener. Når de oppdager et patogen eller et faresignal, blir systemet alarmert slik at kroppen forberedes på å angripe patogenet. Dette gir en inflammasjonstilstand som i siste instans fører til utrydding av patogenet. Samtidig er det avgjørende å slå av denne responsen slik at kroppen kommer tilbake til normal tilstand. Eventuelle feil i denne signaleringen/informasjonsflyten kan være skadelig for kroppen og kan føre til flere inflammasjonssykdommer. En av nøkkelkomponentene i denne informasjonsflyten er reversible kjemiske modifikasjoner av proteinene i immuncellene. Fosforylering - dvs. tilsetning av fosfatgruppe til proteiner (en av de viktigste kjemiske modifikasjonene)- er kritisk for flere trinn i denne informasjonsflyten. I denne studien bruker vi banebrytende tilnærminger for å dekode hvordan spesifikke fosforyleringshendelser dikterer type og utfall av immuncellen etter sensing av et faresignal. Hittil har arbeid vårt bekreftet vår hypotese om at det faktisk er et typespesifikt utfall, og vi fortsetter dette arbeidet i større skala. Vi har også identifisert et nytt gen som er nødvendig for tilbakegang av betennelsen. Vi utfører for tiden noen målrettede studier for å forstå mekanismen bak funksjonen til dette genet.

Through this grant, we have established several novel technologies and workflows, especially the use of multiOmics technologies and CRISPR on identification of several novel signaling pathways and host factors essential for mediating inflammation and host-response to infection. One of the seminal publications is Pinto et al., in the journal iScience where we performed the first multiOmics analysis of host-response to a SARS-CoV-2 isolate from Norway resulting in the identification of several novel signaling pathways that could be targeted. Additionally, this study also serves as a model for identifying host-directed therapeutics that is crucial for future pandemic prepardeness studies. Through our work, now it is almost a common methodolgy to use multiOmics technologies and CRISPR in our department at NTNU.

This proposal aims to investigate the role of phosphorylation in the first line defense - the innate immune response. Innate immune signaling can be activated under threat from microbial organisms or upon tissue damage. Toll-like receptors are the largest family of molecules that sense these danger or pathogen-associated signals and trigger inflammatory response resulting in clearance of the pathogen and restoration of cellular homeostasis. Post-translational modifications such as phosphorylation, are crucial for these cellular processes and has not been systematically studied yet. Ours and published data suggests that the family of kinases and phosphorylation-based signaling are crucial in a range of inflammatory processes. In addition, the data also points to potential existence of a phosphorylation code for specific Toll-like receptor signaling pathways. This proposal aims to systematically investigate the role of highly druggable kinases and phosphorylation-based signaling in Toll-like receptor signaling pathways. Successful implementation of this proposal will yield new insights into innate immune signaling and will have implications for development of therapeutic strategies in inflammatory diseases and beyond.