DETECT and PROTECT – surviving insults to intracellular compartments

Cellene våre har ulike verktøy for å håndtere skader som oppstår på membranene inne i cellene etter angrep fra bakterier, virus eller toksiner. Ett slikt verktøy er den såkalte «CASM-responsen», hvor ATG8-proteiner festes til skadde membraner i cellen for å markere områder som trenger reparasjon. Tidligere har vi trodd at ATG16L1-proteinet var essensielt for denne prosessen, men vår forskning har avdekket et annet viktig protein, TECPR1, som spiller en kritisk rolle i CASM-responsen. TECPR1 aktiveres når skadde membraner eksponerer sphingomyelin til cytosol, en type fettmolekyl som normalt ikke er tilgjengelig på innsiden av cellen. Ved denne eksponeringen rekrutteres TECPR1 til det skadde området, hvor det bidrar til å feste ATG8-proteiner direkte til membranen, en prosess som er viktig for å initiere cellens forsvarsmekanismer. Dette fungerer selv i tilfeller der ATG16L1 ikke kan aktiveres, som ved infeksjoner med visse bakterier som Salmonella, som aktivt hemmer ATG16L1. Hvis CASM-responsen ikke fungerer som den skal, blir motstandsevnen vår svekket, og det øker risikoen for infeksjoner og auto-immune sykdommer. Vår forskningen viser nå at TECPR1 og ATG16L1 tilbyr paralelle beskyttelsessystemer som aktiveres under ulike typer membranskader, noe som gir en bredere og mer robust beskyttelse mot trusler. Målet med «DETECT and PROTECT»-prosjektet er å forstå hvordan skadde membraner blir gjenkjent, og å kartlegge hvilke mottiltak cellen iverksetter når skaden oppdages. Med innsikt i hvordan TECPR1 identifiserer skade, er neste steg å avdekke de prosessene som beskytter cellen. Dette vil gi økt forståelse for mekanismene ved infeksjoner og de feilene som oppstår ved autoimmune sykdommer.

Membrane compartments within the cell are exposed to different kinds of stress (e.g. pathogenic insults). Meeting stress-inducing agents with a swift response is key to minimize harmful effects. One such response is single membrane ATG8 conjugation (SMAC), where ATG8 proteins are attached to the surface of the compromised compartment. This provides a transient docking platform for proteins involved in protective countermeasures. In this project I aim to characterize the machinery that mediates ATG8 conjugation on compromised endolysosomes. In Work Package 1 (WP1) I aim to characterize the targeting mechanism of the ATG8 conjugation machinery. Furthermore, by conducting an unbiased image based siRNA screen (WP2) I aim to identify additional machinery components involved in the SMAC pathway. As ATG8 conjugation on membranes provides a docking platform for other proteins, I also aim to identify such SMAC specific effector proteins using a proteomics approach. The identified proteins will be categorized according to function in order to understand which SMAC dependent countermeasures are initiated on compromised membranes (WP3). In WP4 we set out to mechanistically characterize the candidate proteins identified in WP2 and WP3 in further detail.