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Schlagworte
- receptor cluster (2) (entfernen)
Institut
- Abteilung für Molekulare Innere Medizin (in der Medizinischen Klinik und Poliklinik II) (2) (entfernen)
EU-Projektnummer / Contract (GA) number
- 813871 (1)
With the exception of a few signaling incompetent decoy receptors, the receptors of the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRSF) are signaling competent and engage in signaling pathways resulting in inflammation, proliferation, differentiation, and cell migration and also in cell death induction. TNFRSF receptors (TNFRs) become activated by ligands of the TNF superfamily (TNFSF). TNFSF ligands (TNFLs) occur as trimeric type II transmembrane proteins but often also as soluble ligand trimers released from the membrane-bound form by proteolysis. The signaling competent TNFRs are efficiently activated by the membrane-bound TNFLs. The latter recruit three TNFR molecules, but there is growing evidence that this is not sufficient to trigger all aspects of TNFR signaling; rather, the formed trimeric TNFL–TNFR complexes have to cluster secondarily in the cell-to-cell contact zone for full TNFR activation. With respect to their response to soluble ligand trimers, the signaling competent TNFRs can be subdivided into two groups. TNFRs of one group, designated as category I TNFRs, are robustly activated by soluble ligand trimers. The receptors of a second group (category II TNFRs), however, failed to become properly activated by soluble ligand trimers despite high affinity binding. The limited responsiveness of category II TNFRs to soluble TNFLs can be overcome by physical linkage of two or more soluble ligand trimers or, alternatively, by anchoring the soluble ligand molecules to the cell surface or extracellular matrix. This suggests that category II TNFRs have a limited ability to promote clustering of trimeric TNFL–TNFR complexes outside the context of cell–cell contacts. In this review, we will focus on three aspects on the relevance of receptor oligomerization for TNFR signaling: (i) the structural factors which promote clustering of free and liganded TNFRs, (ii) the signaling pathway specificity of the receptor oligomerization requirement, and (iii) the consequences for the design and development of TNFR agonists.
TNF-Liganden liegen primär in membranständiger Form mit trimerer Struktur vor und die meisten von ihnen können sekundär durch Metalloproteasen in lösliche trimere Liganden prozessiert werden. Während membranständige Formen der TNF-Liganden ihre korrespondierenden Rezeptoren aktivieren können, sind die löslichen Varianten einzelner TNF-Liganden unterschiedlich aktiv beziehungsweise inaktiv an den korrespondierenden Rezeptoren, obwohl sie ebenfalls zur Bindung in der Lage sind. Dies konnte bereits in Studien für TNF und TRAIL gezeigt werden. Die Unterschiede zwischen löslichen Varianten und der membranständigen Form des Liganden betreffen sowohl die Rezeptorselektivität als auch den Aktivierungsgrad am Rezeptor bis hin zu völliger Inaktivität der löslichen Form. Unterschiede finden sich jedoch nicht nur hinsichtlich der Aktivität, sondern auch in der Interaktion des Liganden mit dem Rezeptor. Für die membranständige und die lösliche Form von FasL konnten Unterschiede in der Notwendigkeit intrazellulärer Signalmoleküle bei der Ausbildung Ligand-induzierter Rezeptorsignalcluster gezeigt werden. Für die lösliche und membranständige Form des CD40L werden eine unterschiedliche Rezeptorinternalisierung und eine unterschiedliche Rekrutierung von TRAF-Molekülen angenommen. Bisherige Arbeiten zur Untersuchung der Rezeptor-Ligand-Interaktion stützen sich meist auf lösliche Varianten von TNF-Liganden, die durch artifizielle Multimerisierung oder Antikörper-induzierte Quervernetzung sekundär aktiviert werden müssen. Um für die Untersuchung der Rezeptor-Ligand-Interaktion in Zukunft realitätsnähere Bedingungen zu schaffen, sollten im Rahmen dieser Arbeit multifunktionelle Fusionsproteine des membranständigen FasL und CD40L hergestellt und charakterisiert werden. Die Fusionsproteine wurden im Rahmen der Klonierung so konstruiert, dass von der aminoterminalen Seite beginnend eine GST-Domäne, ein Flag-Tag, ein YFP-Tag und abschließend die vollständige membranständige Form des Liganden (FasL oder CD40L) aneinander gefügt wurden. In FACS-Analysen konnte sowohl die Funktion des YFP-Tag als auch die korrekte Expression des Liganden an der Zelloberfläche durch spezifische Antikörperfärbung nachgewiesen werden. Die funktionelle Aktivität der Liganden wurde durch IL-8-Induktion gezeigt, die eine Aktivierung des NFB-Signalweges durch die GST-Fusionsproteine des membranständigen FasL und des membranständigen CD40L beweist. Im Rahmen von Immunopräzipitationen wurde die Möglichkeit der Detektion der Fusionsproteine über ihr Flag-Tag getestet. Für das in GST-pull-down-Assays genauer untersuchte membranständige GST-Flag-YFP-CD40L-Fusionsprotein gelang eine Koimmunopräzipitation mit dem im Rezeptorkomplex gebundenen TRAF2. Für dieses in der Signaltransduktion des CD40 entscheidende Molekül konnte seine transiente Interaktion mit dem Rezeptorsignalkomplex sowie eine Veränderung in der Assoziation an den Rezeptor durch TNF-abhängige TRAF1-Induktion gezeigt werden. Im Zusammenhang der mit der Rezeptoraktivierung oftmals gleichgesetzten Bildung von Rezeptorsignalclustern durch den entsprechenden TNF-Liganden war die Beobachtung interessant, dass das Konstrukt GST-Flag-YFP-CD40L im Gegensatz zum analog konstruierten GST-Flag-YFP-FasL nicht in der Lage war, Signalcluster des korrespondierenden Rezeptors zu erzeugen, aber dennoch fähig war, eine Rezeptoraktivierung zu bewirken. Hinsichtlich der Untersuchung von Unterschieden in der Rezeptor-Ligand-Interaktion von löslichen und membranständigen Formen sind für FasL und CD40L noch viele Fragen offen, die beispielsweise auch die Stabilität von Rezeptorsignalclustern betreffen. Die in dieser Arbeit erzeugten und charakterisierten multifunktionellen Fusionsproteine sollten helfen, neue Erkenntnisse bezüglich der molekularen Grundlagen der Rezeptor-Ligand-Interaktion zu erzielen.