Molecular and Functional Characterization of Early and Late Checkpoints in the Quality Control of MHC Class I-Restricted Antigen Presentation

Leonhardt, Ralf Max (2005). Molecular and Functional Characterization of Early and Late Checkpoints in the Quality Control of MHC Class I-Restricted Antigen Presentation. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

The transporter associated with antigen processing (TAP) translocates antigenic peptides into the ER for binding onto MHC class I molecules. Tapasin organizes a peptide-loading complex (PLC) by recruiting MHC class I and accessory chaperones to the N-terminal regions (N-domains) of the TAP subunits TAP1 and TAP2. To investigate the function of the tapasin-docking sites of TAP in MHC class I processing, N-terminally truncated variants of TAP1 and TAP2 were expressed in combination with wild-type chains, as fusion proteins or as single subunits. The results indicate that TAP interacts at steady state with MHC class I solely via one N-domain whereas the opposing tapasin-docking site concomitantly associates with calnexin. Strikingly, TAP variants lacking the N-domain in TAP2, but not in TAP1, build PLCs that fail to generate stable MHC class I-peptide complexes. This correlates with a substantially reduced recruitment of accessory chaperones into the PLC demonstrating their important role in the quality control of MHC class I loading. However, stable surface expression of MHC class I is rescued in compartments of the late secretory route by a mechanism that depends on the proteolytical activity of the proprotein convertase family. Finally, it is shown that proprotein convertase expression is differentially modulated in response to interferons indicating that individual members of this protease family may make distinct contributions to an antiviral immune response.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

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Title	Language
Molekulare und funktionale Charakterisierung der frühen und späten Qualitätskontrolle in der MHC Klasse I-abhängigen Antigenpräsentation	German

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Abstract

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Der Peptidtransporter TAP überführt Peptidantigene aus dem Cytosol in das endoplasmatische Retikulum (ER). Diese werden anschließend auf MHC Klasse I Moleküle geladen. Tapasin spielt eine zentrale Rolle bei der Organisation des sogenannten Peptid-Ladekomplexes, welcher neben TAP und MHC Klasse I-Molekülen auch akzessorische Chaperone, wie Calreticulin und ERp57 enthält. Beide Untereinheiten des heterodimeren Transporters, TAP1 und TAP2, interagieren mit Tapasin über ihren N-Terminus, die sogenannte N-Domäne. Um die Funktion der Tapasin-Bindestellen in den beiden TAP-Ketten zu ermitteln, wurden Deletionsmutanten der TAP-Untereinheiten erzeugt, in denen jeweils die N-Domänen entfernt wurden. Diese wurden dann entweder gemeinsam mit der komplementären wildtypischen Untereinheit, als Fusionsprotein oder als einzelne Ketten in einem humanen TAP-negativen Zellsystem exprimiert. Es konnte gezeigt werden, daß der Transporter zu jedem gegebenen Zeitpunkt in der Zelle lediglich über eine seiner beiden Tapasin-Bindestellen mit MHC Klasse I-Molekülen assoziiert ist. Dagegen interagiert die gegenüberliegende N-Domäne mit dem ER-Chaperon Calnexin. Weiterhin ergab sich, daß das Vorhandensein der N-Domäne in TAP2, nicht aber der korrespondierenden N-Domäne in TAP1 für die Beladung von MHC Klasse I-Molekülen mit stabil bindenden, hochaffinen Peptid-Liganden essentiell ist. Eine TAP-Deletionsvariante, in welcher der N-Terminus in TAP2 entfernt worden war, bildete zwar Peptid-Ladekomplexe aus, allerdings zeigten diese eine deutlich schwächere Interaktion mit akzessorischen Chaperonen. Im Einklang mit anderen Studien verdeutlicht dies die herausgehobene Rolle dieser Chaperone für die Qualitätskontrolle der Peptidbeladung von MHC Klasse I-Molekülen. Interessanterweise konnte jedoch gezeigt werden, daß die Stabilität suboptimal beladener MHC Klasse I-Moleküle nach Verlassen des ERs in späten sekretorischen Kompartimenten wiederhergestellt werden kann. Dieses Phänomen ist abhängig von der proteolytischen Aktivität sogenannter Proprotein-Konvertasen, die sich im trans-Golgi Netz befinden und dort an der Prozessierung einer Vielzahl zellulärer Polypeptide beteiligt sind. Daher legen die erzielten Ergebnisse nahe, daß die Zunahme der Stabilität mangelhaft beladener MHC Klasse I-Moleküle durch den Austausch von Peptid-Liganden erfolgt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, daß die Transkription der verschiedenen Proprotein-Konvertasen unterschiedlich durch Interferone moduliert wird, was daraufhin deutet, daß unterschiedliche Mitglieder dieser Protease-Familie unterschiedliche Aufgaben während einer antiviralen Immunantwort übernehmen.

German

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