Universität zu Köln

Maric-Biresev, Jelena (2014). GMS proteins shield endocellular membranes from accumulation of effector Immunity-Related GTPases. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

GMS proteins shield endocellular membranes from accumulation of effector Immunity-Related GTPases Jelena Maric-Biresev Immunity-related GTPases (IRGs) play an important role in host immune response to a variety of intracellular pathogens by accumulation at the membranes of the pathogens and their disruption. However, it was never understood how exactly IRG proteins distinguish the membranes of the pathogen from the host membranes. Previously, it has been reported that regulatory IRG proteins, named GMS proteins, keep the effector IRG proteins, named GKS proteins, in the inactive GDP-bound state. In this study, it has been shown that GMS proteins also play an important role in protection of the endocellular compartments from GKS protein off-target activation. In the absence of the GMS protein Irgm1, which is localized at the lysosomes, GKS proteins Irga6, Irgb6, Irgb10 and Irgd accumulate and activate at these organelles. In the absence of Irgm3, a GMS protein which is localized at the endoplasmic reticulum (ER), GKS protein Irga6 accumulates at the ER. However, in the cells that lack Irgm1 and Irgm3, GKS proteins accumulate only to lipid droplets, but not to lysosomes or ER, indicating that GKS structures do not accumulate at every GMS-free membrane. In the second part of the study, the consequences Irgm1 accumulation to the lysosomes are investigated. Irgm1 KO mice undergo leukopenia and succumb after a variety of infections and inflammatory states. The results of this study suggest that the failure of Irgm1 KO mice is rather an indirect consequence of the off-target action of the GKS proteins, than the direct consequence of the Irgm1 response to a variety of pathogens. The GKS proteins, that accumulate at the lysosomes in Irgm1 KO cells, affect the acidity of these organelles and therefore lysosomal ability to process autophagosomes. In IFNγ-induced Irgm1 KO mouse embryonic fibroblasts (MEFs) the mature autophagosome marker LC3-II level is enhanced, the number of autophagosomes is increased and the co-localization between autophagosomes and lysosomes is higher than in the non-induced cells. Therefore, in this study, it is proposed that the autophagic flux of IFNγ-induced Irgm1 KO MEFs is impaired. The lymphocytes of the Irgm1 KO mice, that are stimulated to proliferate as a response to infection, could be the cells that are most affected by autophagic flux arrest and lysosomal acidification impairment. Thus, this effect could be the cause of described defects in lymphocyte proliferation and lymphocyte necrosis, which cause the death of the Irgm1 KO mouse

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die Immun-verwanden GTPasen (Immunity-related GTPases, IRGs) spielen eine wichtige Rolle in der Resistenz gegen intrazelluläre Pathogene, wofür sie vom Zytosol auf bestimmten Membranen der Erreger akkumulieren und jene Zerstörung einleiten. Bisher hat man es jedoch noch nicht wirklich verstanden, wie genau diese Interferon-induzierten IRG-Proteine ihre eigenen zellulären Membranen von Membranen der Pathogenen unterscheiden. Bislang wurde bekannt, dass die regulatorischen IRG-Proteine, auch GMS-Proteine genannt, die Effektor IRG-Proteine, auch GKS-Proteine genannt, in einem inaktiven GDP-gebundenen Zustand halten. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die GMS-Proteine ebenfalls die eigenen Endozellulären-Membranen vor deregulierten GKS-Proteinen schützen. Wenn das GMS-Protein Irgm1 fehlt, das unter anderem an Lysosomen zu finden ist, akkumulieren die GKS-Proteine Irga6, Irgb6, Irgb10 und Irgd an den Lysosomen. Wenn Irgm3 fehlt, ein GMS-Protein an dem Endoplasmatischem Retikulum (ER), lokalisiert das GKS-Protein Irga6 an das ER. Wenn jedoch beide Proteine, Irgm1 und Irgm3, fehlen, finden sich GKS-Proteine nur an den Lipid-Droplet Organellen, jedoch nicht auf den Lysosomen oder dem ER, obwohl diese Organellen auch keine GMS-Proteine tragen. Somit scheinen GKS-Proteine nicht wie erwartet auf jeder GMS-freie Membran zu akkumulieren. In dem zweiten Teil dieser Arbeit wurden die Folgen von Aggregat-Bildung auf Lysosomen in Zellen der Irgm1 knock out Maus. Diese Mäuse leiden unter Leukopenie und sterben bei Infektion mit jeglichen Pathogenen und Entzündungsreaktionen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unterstützen die Hypothese, dass der Tod von Irgm1 KO Mäuse durch deregulierte Aktivierung der GKS-Proteinen bedingt wird, und nicht eine direkte Folge von einer fehlenden Wirkung von Irgm1 ist. Die GKS-Proteine, die an Lysosomen in Irgm1 KO Zellen akkumulieren, vermindern den Säuregehalt der Lysosomen und somit den Abbau von Autophagosomen durch Lysosomen. In IFNγ-induzierten Irgm1 KO Zellen ist LC3-II, ein Marker für reife Autophagosomen, gesteigert, die Anzahl der Autophagosomen ist erhöht und die Kolokalisierung zwischen Autophagosomen und Lysosomen ist auch höher als in nicht-induzierten Zellen. Deshalb schlagen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit vor, dass der Autophagie-Ablauf in IFNγ-induzierten Irgm1 KO MEFs gestört ist. Deswegen sind die Lymphozyten der Irgm1 KO Mäusen, die durch Infektionen stimuliert sich stark vermehren, möglicherweise die Zellen, die am meisten von den Störungen in Autophagie und Lysosome-Säuregehalt betroffen sind. Das könnte die Proliferation der Lymphozyten stören und sogar ihren Zelltod einleiten und schließlich den Tod der Irgm1 KO Mäuse verursachen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Maric-Biresev, Jelena jelenamaricns@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-65146
Date:	November 2014
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language IRGs UNSPECIFIED Immunity UNSPECIFIED Lysosomes UNSPECIFIED
Date of oral exam:	26 January 2015
Referee:	Name Academic Title Howard, Jonathan Prof. Dr. Schwarz, Guenther Prof. Dr. Hofmann, Kay Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6514