Neuer Immundefekt identifiziert Immunhomöostase-Mechanismus

Die Prävalenz von Erkrankungen mit Autoimmunität und -inflammation nimmt in den Industriestaaten stetig zu. Trotzdem sind die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen dieser Erkrankungen kaum verstanden. Sogenannte genomweite Assoziationsstudien haben genetische Loci identifiziert, die mit erhöhter Suszeptibilität für Autoimmunerkrankungen einhergehen. Allerdings sind solche Studien assoziativ und können molekularen Mechanismen nur eingeschränkt erklären. Als alternativen Ansatz untersuchen wir Patienten mit frühkindlicher schwerer Autoimmunität, um bislang unbekannte, monogenetische Erkrankungen die diese Phänotypen verursachen zu identifizieren, und um damit zugleich essentielle Faktoren und grundlegende Mechanismen für die Homöostase des menschlichen Immunsystems zu enthüllen. Als Teil dieser Arbeiten konnten wir in kürzlich eine neue monogenetische Ursache für eine solche Erkrankung identifizieren. Der Grund dieser Erkrankung liegt in einer homozygoten Mutation in einem Guanin Nukleotid Austauschfaktor. Dieser ist besonders in T Zellen exprimiert. Wir konnten zeigen, dass die Mutation zu einer reduzierten Austauschfunktion gegenüber der kleinen GTPase CDC42 resultiert. Außerdem konnten wir den Austauschfaktor funktionell mit der Expression und dem Zellmembrantransport des Proteins cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4 (CTLA-4) verbinden, da diese in aktivieren T Zellen von Patienten stark reduziert sind. Dieser Phänotyp konnte durch Expression des Wildtyp- Allels aufgehoben werden. Unsere Daten zeigen zudem, dass der Austauschfaktor einen mechanistischen Einfluss auf die GTPase RAB11 hat, die wir als neuen Interaktionspartner identifizierten. In diesem Projekt werden wir die Rolle des mutierten Proteins in der Immunohomöostase untersuchen. Dabei werden wir die zentrale und periphere Toleranz der Patienten testen. Außerdem werden wir den Einfluss der Mutation auf diverse Signalwege sowie Kalziumfluss, Proliferation, Zytokinproduktion und Th1/Th2/Th17 Differenzierung testen. Da wir reduzierte Expression und Transport von CTLA-4 nach Stimulation zeigen konnten, wollen wir den mechanistischen Ursprung hierfür herausfinden. Wir werden die Interaktion mit RAB11 analysieren und damit verbunden den Signalweg untersuchen, der zu dem Autoimmunphänotyp der Patienten führt. Diese biochemischen und molekularbiologischen Analysen werden die Relevanz des Signalweges in der Immunhomöostase zeigen. Des Weiteren werden wir eine Kohorte von Patienten mit Autoimmunität oder Autoinflammation nach defekten CTLA-4 Funktionen untersuchen. Patienten mit einem Defekt werden wir mit unserer etablierten Pipeline nach Keimbahnmutationen prüfen um ein größeres Verständnis dieser regulatorischen Prozesse zu erhalten. Zusammengefasst haben wir hier einen bisher unbekannten Immunregulator identifiziert, welchen wir in unserer Arbeit mit verschiedensten Techniken molekular charakterisieren werden und somit das Wissen über fundamentale Prozesse der Immunregulation erweitern welches weitreichende Auswirkungen auf das Verstehen von Immundysregulation in Autoimmunpatienten hat, und mögliche Optionen zielgerichteter Therapien für Autoimmunität oder sogar im Feld der Checkpoint Blockade aufzeigen kann.

Seltene Erkrankungen, deren genetische und molekulare Ursachen unbekannt sind, und fehlende Ansatzpunkte zur personalisierten Therapie, stellen eine langfristige Herausforderung für die moderne Medizin dar. Angeborene Erkrankungen des Immunsystems werden durch Defekte der Immunzell-Entwicklung oder derer Kontrollmechanismen verursacht, was entweder zu lebensgefährlichen Infektionen führt, oder zu Autoimmunreaktionen durch die fehlende Unterscheidung der körpereigenen Zellen von Fremdstoffen wie Pathogenen. Die Studie von genetisch determinierten (Auto)immunerkrankungen kann maßgeblich zur Erforschung derer noch unbekannter Mechanismen beitragen, und krankheitsverursachender Konsequenzen. Da die definierten Mutationen typischerweise ein einzelnes Gen betreffen, ist die Erforschung solch angeborener Erkrankungen höchst aufschlussreich, um neue molekulare Schlüsselrollen zu identifizieren und Therapiemöglichkeiten aufzuzeigen. In diesem hier vorgestellten FWF-finanzierten Projekt identifizierten wir durch next-generation Sequenziermethoden und zelluläre Analysen homozygote Mutationen im Gen DEF6 als molekulare Ursache einer neuen Immunerkrankung in Patienten mit systemischer Autoimmunität. Wir zeigen, dass durch mutiertes DEF6 Protein die Verfügbarkeit des Checkpoint-Rezeptors CTLA-4 an T-Zelloberflächen verhindert ist, welcher als Schlüsselmolekül in der regulierenden Kontrolle der T-Zellstimulation dient. Als Konsequenz kann CTLA-4 durch mutiertes DEF6 die Immunstimulation nicht unterdrücken, was sich folglich in Autoimmunreaktionen äußert. Im Detail fanden wir einen bisher unerforschten Mechanismus, durch welchen DEF6 die Verfügbarkeit von CTLA-4 an T-Zellen steuert. CTLA-4 selbst spielt in der Entstehung und Behandlung von Immunerkrankungen eine entscheidende Rolle. Während zu geringe CTLA-4-Expression zu Autoimmunmanifestationen führt, wird es in der immununterstützten Krebstherapie gezielt blockiert. Zelluläre Regulationsmechanismen von CTLA-4 verbleiben jedoch weitgehend unbekannt. Mit DEF6 haben wir nun einen neuen Schlüsselfaktor der CTLA-4 Homöostase identifiziert, um zum Verständnis der Autoimmun-Pathogenese beizutragen und neue Therapiemöglichkeiten aufzuzeigen. Als Resultat dieser Studie konnte für eine der erkrankten PatientInnen die Behandlung mit CTLA-4-Ig vorgeschlagen, und anhaltende Symptomfreiheit erreicht werden.