Funktion von Immunoproteasom-Komplexen in hämatopoetischen und neuralen Zellen

Immunoproteasom-Komplexe (IP) halten die zelluläre Proteinhomöostase aufrecht und sind damit an wichtigen zellulären Funktionen wie der Antigenpräsentation und der Regulation von Entzündungsprozessen beteiligt. Immunproteasomen werden nach Stimulation mit z.B. Interferonen oder Lipopolysaccharid gebildet und enthalten die Immununtereinheiten β1i (LMP2), β2i (MECL-1) and β5i (LMP7). IP werden in Immunzellen aber auch in anderen Geweben wie z. B. dem Gehirn exprimiert. Allerdings ist bislang weitgehend ungeklärt, in welchen Zelltypen des Gehirns (Neurone, Astrocyten, Oligodendrocyten oder Mikroglia) sich Immunoproteasomkomplexe bilden können, und welche Funktion ihnen dabei zukommt. In diesem Antrag wollen wir die Rolle von IPs in Immunzellen, Neuronen, Astrocyten und Mikroglia mittels Maus-Modellen für Schlaganfall und zerebraler Infektionen klären. Im Fokus stehen die Konsequenzen einer IP-Defizienz für die T-Zell-Aktivierung und Signaltransmission sowie die Analyse einwandernder Immunzellen ins Gehirn nach Schlaganfall und zerebraler Infektion. Des Weiteren wollen wir die genaue Komposition von Proteasomkomplexen, ihre zelluläre Verteilung und Zielproteine in Neuronen, Astrocyten und Mikroglia untersuchen. Zusammenfassend sollen damit die Grundlagen für das Verständnis der Immunoproteasomfunktion und der Rolle einwandernder Immunzellen im Säugerhirn unter pathophysiologischen Bedingungen geschaffen werden.

Functional role of immunoproteasomes in hematopoietic and neural cells

Proteasome complexes are important for the maintenance of cellular protein homeostasis. Upon different stimuli (e.g. interferon or lipopolysaccharide) specific proteasome isoforms are generated, so called immunoproteasomes (IPs) containing the immunosubunits (ISs) b1i (LMP2), b2i (MECL-1) and b5i (LMP7). We and others have shown that IPs display major cellular functions beyond mere MHC class I antigen presentation. IPs are constitutively expressed in lymphoid and myeloid cells indicating an important role of IPs in the regulation and termination of immune response. In addition, immunosubunit containing proteasomes are expressed in various tissues, including the brain.  However, the neural cell type(s) and function(s) of these proteasome subtypes are unknown to date. In this project we intend to clarify the role of IPs in immune and neural cells, i.e. neurons, astrocytes and microglia, using murine model systems for cerebral ischemia and infection. In detail, IP function will be characterized with regard to the outcome of cerebral infection/ischemia using IP subunit-deficient mice. In addition, we will determine the consequences of IP-deficiency for T cell activation and signaling and will identify the molecular composition, cellular distribution and cellular substrates of immunosubunit-containing proteasomes in neural cells. Finally, we will analyze the IP-dependent function of invading immune cells into the brain upon infection and after ischemia with regard to their cellular and intercellular signaling capacity, thereby clarifying the role of these infiltrating cells in pathophysiological events in the brain.