Insights into the molecular interaction between the Schistosoma mansoni egg-secreted glycoprotein IPSE/alpha-1 and the host cell

Abstract

IPSE/alpha-1 (IL-4 inducing principle of Schstisoma mansoni eggs) ist ein dimeres Glykoprotein, das von den Eiern der Bluttrematode S. mansoni, dem Erreger der Bilharziose, einer wichtigen vernachlässigten Tropenkrankheit, ausgeschieden wird. Es hat sich gezeigt, dass natürliches IPSE an IgE bindet, was zur Freisetzung von IL-4 und IL-13 aus Basophilen und Mastzellen führt. Der klassische Mechanismus der IgE-abhängigen Aktivierung besteht in der cross-linking von IgE durch Bindung des Allergens an die variable Antigenerkennungsregion des entsprechenden Immunglobulins. Homodimeres IPSE scheint Basophile durch Bindung an IgE zu aktivieren, ohne dass es zu einer typischen cross-linking kommt. Ziel dieser Studie ist es, die molekularen Details dieser einzigartigen Interaktion zwischen IPSE/alpha-1 und IgE zu untersuchen. Auf der Erkenntnis beruhend, dass weder IPSE-Monomere, noch die Mutante T92Y/R127L, in der Lage sind Basophile zu aktivieren, haben wir mit Hilfe der zielgerichteten Mutagenese sechs Mutanten erstellt. Die Proteine wurden in HEK293-6E-Suspensionszellen exprimiert und anschließend durch Affinitätschromatographie aufgereinigt. Die Fähigkeit aller IPSE-Formen, Basophile durch Bindung von IgE zu aktivieren, wurde mit humanisierten RS-ATL8 rat basophilic leukemia (RBL) IgE-Reporterzellen untersucht. Die Zellen wurden entweder mit IgE-haltigem Serum oder verschiedenen IgE-Formen sensibilisiert, und die Luziferase-Expression wurde nach Stimulation mit IPSE gemessen. Zur weiteren Bestimmung der Bindungsregion wurden ergänzende ELISAs mit den gleichen (verkürzten) IgE-Formen und IPSE durchgeführt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich alle Mutationen auf die Fähigkeit von IPSE auswirken, mit IgE zu interagieren, und somit die Aktivierung der Reporterzellen verringern. Nur die Doppelmutante T92Y/R127L hemmt die Zellaktivierung vollständig, was uns zu dem Schluss führt, dass beide Aminosäuren Schlüsselfiguren sein müssen, die an der IgE-Interaktion beteiligt sind. Darüber hinaus zeigen wir, dass IPSE nicht an alle verkürzten Formen von IgE bindet, sondern auch nur mit IgEλ sensibilisierte Basophile aktiviert, was darauf hindeutet, dass die IgE-IPSE-Interaktion in hohem Maße von der leichten Kette des IgE abhängig ist. Neben seiner namensgebenden Eigenschaft, IL-4 zu induzieren, besitzt Sm IPSE die Fähigkeit, in die Wirtszelle einzudringen, wo es unbekannte Funktionen ausübt. Um die Interaktionen der Wirtszelle mit dem Parasitenprotein weiter zu untersuchen, haben wir Endozytose-Assays in verschiedenen Zelllinien sowie RNA-seq-Analysen nach IPSE-Behandlung durchgeführt. Wir zeigen, dass die Aufnahme von IPSE über Endozytose erfolgt und die zytosolische Akkumulation zelltypabhängig ist. Darüber hinaus hat es den Anschein, dass die Infiltration von Sm IPSE mit der Zellorganisation verbundene Signalwege aktivieren könnte. Zukünftige Experimente sollten Cryo-EM des IgE-IPSE-Komplexes umfassen, um ein detailliertes Modell der Interaktion aufzuzeigen, sowie weitere RNA-seq- und ChIP-seq-Experimente, die durch Arbeiten auf Proteinebene validiert werden.