Decoding the phagocytic signaling network in antibacterial defense

Vi har oppdaget en ny og viktig funksjon av SLAMF1, som er et ko-stimulatorisk molekyl som setter i gang intracellulære signalmekansismer i flere typer av immunceller. Våre funne viser at SLAMF1 er nødvendig for at immunsensoren Toll-like receptor 4 skal starte produksjon av interferon beta (IFN beta) og drap av Gram-negative bakterier i makrofager. SLAMF1 utfører denne funksjonen ved å binde seg til TLR4 signal adaptermolekylet TRAM og styre transporten av dette molekylet til fagosomer som inneholder bakterier. Vi har funnet områdene i SLAMF1 og TRAM som binder til hverandre. Konsekvensene av disse funnene kan være at man kan konstruere molekyler som forhindrer interaksjonen mellom SLAMF1 og TRAM og dermed produksjon av IFN beta. Produksjon av IFN beta kan skje ved alvorlige bakterielle infeksjoner som resulterer i blodforgiftning. Det kan derfor være en mulig behandlingsstrategi å hemme frigjøring av dette potente cytokinet. Vi har nå konstruert peptider av SLAMF1 som hemmer interaksjonen med TRAM. Disse peptidene er hemmer kraftig produksjonen av IFN beta fra stimulerte monocytter. Nye resultater viser at SLAMF1 peptider også kan hemme TLR4, TLR7, TLR8 og TLR9 signalkomplekset og redusere inflammasjonsresponser fra disse molekylene. Vi undersøker de molekylære mekanismene for dette, men det tyder på at adaptormolekylet MAL er target for SLAMF1 peptider. Vi har derfor gjort flere studier som viser at TLR8 bruker Mal for å mediere proinflammatoriske signal. Fagocytose er en kompleks prosess som makrofager bruker for å eliminere mikrober. Vi har funnet at TLR4 adapteren TRAM kan styre fagocytosen av både E. coli og S. aureus. Dette skjer ved at TRAM danner et kompleks med Rab11 family interacting protein 2 (FIP2) som rekrutteres til den fagocytotiske koppen. Dette fører til aktivering av GTPasene Rac1 og Cdc42 som regulerer aktin polymerisering under fagocytosen med påfølgende IRF3 transkripsjonsaktivering. En viktig konsekvens av våre nye funn er at TRAM-FIP2 komplekset styrer både opptak av bakterier og TLR4 signal mekanismer fra fagosomet. Nye resultater fra prosjektet viser at FIP2 også styrer inflammasomaktivering og frigjøring av interleukin 1 beta. Foreløpige resultater tyder på at FIP2 er involvert i oppbyggingen av inflammasomer under aktiveringsprosessen. Vi har også vist i siste periode at FIP2 regulerer drap av makrofager som uropatogene E. coli induserer. Dette skyldes den hemmende effekten som FIP2 har på NLRP3 inflammasomet.

Prosjektet har resultert i oppdagelser som kan ha kommersiell interesse. Vi har identifisert targets i inflammasjonsresponsen som kan hemmes på en spesifikk måte. Dette kan resultere i nye medikamenter for å hemme skadelig inflammasjon som man ser ved f.eks. sepsis, hjerteinfarkt og inflammatorisk tarmsykdom. Noen av peptidene som er utviklet i prosjektet dreper enkelte kreftceller. Disse effektene vil bli fulgt opp videre gjennom. Vi har sikret IPR til oppdagelsene gjennom innlevert patentsøknad.

Macrophages play an essential role in combating infections by phagocytosis and subsequent degradation of microbes. In addition, uptake of the microbe initiates an inflammatory reaction that leads to killing and clearance of the pathogen. Phagocytosis involves the engulfment of the microbe by protrusions of the plasma membrane of the macrophage, which results in the formation of a membrane-bound cytosolic compartment called a phagosome. Recently, phagosomes have also been implicated as important sites of signal transduction by microbial sensors called pattern receptor receptors (PRRs). One important PRR is TLR4 which is the sensor for LPS on Gram-negative bacteria. TLR4 signaling proceeds through a MyD88-MAL- and TRAM-TRIF-dependent pathway, from the plasma membrane and endosomes/phagosomes, respectively. The central question we are addressing in this project is: How is TRAM transported to the phagosome and what role does it play for uptake of Gram-negative bacteria. Our preliminary findings suggest that specific TRAM-interacting proteins without a TIR domain (CD150 and FIP2) are involved. FIP2 is the effector molecule for Rab11 members and mediates transport of cargo along actin filaments. CD150 belongs to the signaling lymphocyte activation molecule family receptors and controls the killing of Gram-negative bacteria by macrophages. Thus, our hypothesis is that TRAM mediates uptake of bacteria, phagosomal signaling and bacterial killing through interaction with FIP2 and CD150. In this project, we want to test this hypothesis. The data obtained are likely to have high general relevance and potential as it provides novel molecular insight into mechanisms of phagocytosis of bacteria, phagosomal signaling, bacterial killing, as well as identifying new peptidomimetic strategies for inhibiting severe inflammatory responses during infections.