Universität zu Köln

Veli, Önay ORCID: 0009-0001-4748-8950 (2025). THE REGULATION OF TNF SIGNALING IN METABOLISM-RELATED DISEASES. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Tumor necrosis factor (TNF) is a proinflammatory cytokine with a well-established role in diabetes pathogenesis. In addition to driving inflammation, TNF can induce cell death; yet the contribution of TNF-induced cell death to β-cell loss in diabetes remains unclear. Receptor- interacting protein kinase 1 (RIPK1) is a key regulator of TNF-induced cell death. The kinase function of RIPK1 is essential for TNF-induced necroptosis and under certain circumstances, apoptosis. In contrast, the scaffolding function of RIPK1 is essential to limit cell death. We studied the role of TNF-induced cell death in the pathogenesis of diabetes by dissecting the kinase versus scaffold function of RIPK1. To study the role of this important checkpoint in TNF signaling in β-cells, we used two models that induce hyperglycemia by either β-cell toxicity or insulin resistance. These are the Multiple Low Dose Streptozotocin (MLDSTZ) and the high-fat diet models, respectively. Using Ripk1D138N mice, which express a kinase-inactive version of RIPK1, we demonstrated that RIPK1 kinase activity does not drive the pathogenesis of type 1 diabetes (T1D), at least in the Multiple Low Dose Streptozotocin (MLDSTZ) model. We then generated Ripk1β-KO mice, which lack RIPK1 specifically in pancreatic β-cells. Notably, these mice are viable and have normal glycemic control over their lifespan. Moreover, Ripk1β-KO mice were not sensitized to MLDSTZ or high-fat diet (HFD). Hence, although RIPK1 is vital for the survival of many cell types, including keratinocytes and immune cells, its deletion in β-cells did not result in any spontaneous phenotype. Islets isolated from Ripk1β-KO mice were resistant to TNF-induced cell death and were not sensitized to cytokine cocktail-induced cell death. While RIPK1 is crucial for the survival of many cell types, its deletion in β-cells did not sensitize them to cell death. Interestingly, we found that β-cells express high levels of cFLIP relative to Caspase-8, likely conferring resistance to TNF-induced apoptosis. Additionally, β-cells exhibited low RIPK3 expression, explaining their resistance to necroptosis. These findings suggest that β-cells fine-tune the expression of prosurvival and pro-death proteins to limit TNF-induced cell death, thereby preserving β-cell mass and maintaining normoglycemia. In a second project, we investigated the role of LUBAC, another important checkpoint of TNF signaling in glycogen metabolism. LUBAC, an E3 ubiquitin ligase, acts downstream of various immune and cytokine receptors and is crucial for limiting TNF-induced cell death. In humans, LUBAC deficiency leads to autoinflammation and immunodeficiency. Unexpectedly, many patients also develop cardiomyopathy and myopathy due to toxic polyglucosan (a less- branched form of glycogen) accumulation in cardiac and skeletal muscles. 9 To explore LUBAC's role in glycogen metabolism, we generated HoipMuscle-KO mice, lacking HOIP, the main catalytic component of LUBAC, in cardiac and skeletal muscle. These mice were viable and displayed no overt phenotypes. However, histological analysis revealed polyglucosan accumulation in the heart, reinforcing the hypothesis that LUBAC regulates glycogen metabolism through an unknown mechanism. Our preliminary results suggest that LUBAC may regulate autophagy, as ATG16L1, a key scaffold protein for LC3 lipidation, was significantly downregulated in HoipMuscle-KO hearts. The precise mechanism by which LUBAC controls glycogen metabolism warrants further investigation. In summary, my work revealed that β-cells regulate TNF-mediated cell death pathways in an alternative way, independent of classical checkpoints. While elevated cFLIP levels may play a key role in this resistance, other molecular mechanisms are likely involved and warrant further investigation. Additionally, LUBAC, a critical checkpoint in TNF signaling, appears to regulate glycogen metabolism, potentially by facilitating autophagy-mediated clearance of polyglucosan bodies.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language DIE REGULIERUNG DER TNF-SIGNALÜBERTRAGUNG BEI STOFFWECHSELBEZOGENEN KRANKHEITEN German
Translated abstract:	Abstract Language Tumornekrosefaktor (TNF) ist ein proinflammatorisches Zytokin mit einer gut etablierten Rolle in der Pathogenese von Diabetes. Neben der Förderung von Entzündungen kann TNF auch den Zelltod induzieren; dennoch bleibt der Beitrag des TNF-induzierten Zelltods zum Verlust von β-Zellen bei Diabetes unklar. Das Rezeptor-interagierende Proteinkinase 1 (RIPK1) ist ein Schlüsselregulator des TNF-induzierten Zelltods. Die Kinasefunktion von RIPK1 ist essenziell für die TNF-induzierte Nekroptose und unter bestimmten Umständen auch für die Apoptose. Im Gegensatz dazu ist die Gerüstfunktion von RIPK1 entscheidend, um den Zelltod zu begrenzen. Wir untersuchten die Rolle des TNF-induzierten Zelltods in der Pathogenese von Diabetes, indem wir die Kinase- und Gerüstfunktion von RIPK1 differenzierten. Um die Rolle dieses wichtigen Kontrollpunkts in der TNF-Signalübertragung in β-Zellen zu untersuchen, verwendeten wir zwei Modelle, die durch β-Zelltoxizität oder Insulinresistenz Hyperglykämie induzieren. Diese sind das Multiple Low Dose Streptozotocin (MLDSTZ)-Modell und das Hochfettdiät-Modell. Mithilfe von Ripk1D138N-Mäusen, die eine Kinase-inaktive Version von RIPK1 exprimieren, konnten wir zeigen, dass die Kinaseaktivität von RIPK1 die Pathogenese von Typ-1-Diabetes (T1D) im MLDSTZ-Modell zumindest nicht antreibt. Anschließend generierten wir Ripk1β-KO-Mäuse, denen RIPK1 spezifisch in pankreatischen β-Zellen fehlt. Bemerkenswerterweise sind diese Mäuse lebensfähig und zeigen über ihre gesamte Lebensspanne eine normale glykämische Kontrolle. Zudem waren Ripk1β-KO-Mäuse weder gegenüber MLDSTZ noch einer Hochfettdiät (HFD) sensibilisiert. Obwohl RIPK1 für das Überleben vieler Zelltypen, einschließlich Keratinozyten und Immunzellen, entscheidend ist, führte seine Deletion in β-Zellen zu keinem spontanen Phänotyp. Von Ripk1β-KO-Mäusen isolierte Inselzellen waren resistent gegenüber TNF-induziertem Zelltod und nicht sensibilisiert für den Zelltod, der durch einen Zytokin-Cocktail induziert wurde. Während RIPK1 für das Überleben vieler Zelltypen entscheidend ist, machte seine Deletion β-Zellen nicht einmal empfindlich gegenüber Zelltod. Interessanterweise stellten wir fest, dass β-Zellen hohe cFLIP-Spiegel im Vergleich zu Caspase-8 exprimieren, was ihnen wahrscheinlich eine Resistenz gegenüber TNF-induzierter Apoptose verleiht. Darüber hinaus zeigten β-Zellen eine geringe RIPK3-Expression, was ihre Resistenz gegenüber Nekroptose erklärt. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass β-Zellen die Expression von prosurvival und pro-death Proteinen fein abstimmen, um den TNF-induzierten Zelltod zu begrenzen, wodurch die β-Zellmasse erhalten bleibt und die Euglykämie aufrechterhalten wird. In einem zweiten Projekt untersuchten wir die Rolle von LUBAC, einem weiteren wichtigen Kontrollpunkt in der TNF-Signalübertragung im Glykogenstoffwechsel. LUBAC, eine E3-Ubiquitin-Ligase, wirkt stromabwärts von verschiedenen Immun- und Zytokinrezeptoren und ist entscheidend, um den TNF-induzierten Zelltod zu begrenzen. Beim Menschen führt ein LUBAC-Mangel zu Autoinflammation und Immunschwäche. Unerwarteterweise entwickeln viele Patienten auch Kardiomyopathie und Myopathie aufgrund der Akkumulation toxischer Polyglucosan-Körper (einer weniger verzweigten Form von Glykogen) in Herz- und Skelettmuskulatur. Um die Rolle von LUBAC im Glykogenstoffwechsel zu erforschen, generierten wir Ripk1β-KO-Mäuse, denen HOIP, der katalytische Kern von LUBAC, in Herz- und Skelettmuskelzellen fehlt. Diese Mäuse waren lebensfähig und zeigten keine auffälligen Phänotypen. Histologische Analysen zeigten jedoch eine Polyglucosan-Akkumulation im Herzen, was die Hypothese stärkt, dass LUBAC den Glykogenstoffwechsel durch einen unbekannten Mechanismus reguliert. Unsere vorläufigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass LUBAC die Autophagie regulieren könnte, da ATG16L1, ein wichtiger Gerüstprotein für die LC3-Lipidation, in Ripk1β-KO-Herzen signifikant herunterreguliert war. Der genaue Mechanismus, durch den LUBAC den Glykogenstoffwechsel steuert, bedarf weiterer Untersuchungen. Zusammenfassend ergab meine Arbeit, dass β-Zellen die TNF-vermittelten Zelltodpfade auf eine alternative Weise regulieren, die von klassischen Kontrollpunkten unabhängig ist. Während erhöhte cFLIP-Spiegel eine wichtige Rolle bei dieser Resistenz spielen könnten, sind wahrscheinlich auch andere molekulare Mechanismen beteiligt, die weiterer Untersuchungen bedürfen. Darüber hinaus scheint LUBAC, ein kritischer Kontrollpunkt in der TNF-Signalübertragung, den Glykogenstoffwechsel zu regulieren, möglicherweise durch die Förderung der autophagie-vermittelten Entfernung von Polyglucosan-Körpern. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Veli, Önay oveli@uni-koeln.de orcid.org/0009-0001-4748-8950 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-783216
Date:	26 May 2025
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Cell death English Diabetes English RIPK1, LUBAC English Beta cells UNSPECIFIED Polyglucosan bodies UNSPECIFIED
Date of oral exam:	4 December 2024
Referee:	Name Academic Title Annibaldi, Alessandro Dr Garcia-Saez, Ana Prof
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/78321