Chemoproteomic-Enabled Strategy to Study SLC Transporter Roles in Inflammation

点击翻译按钮获取中文摘要

PROJECT SUMMARY    The  innate  immune  system  is  the  first  line  of  defense  against  invading  pathogens  and  intimately  collaborates  with the adaptive immune system to maintain physiological homeostasis. However, components of the immune  response can sometimes become dysfunctional, failing in this protective role and even directly causing a variety  of  autoimmune  diseases.  Immune  dysfunction  arises  from  an  interplay  of  genetic  and  environmental  factors,  however a mechanistic understanding of the various proteins and pathways that drive these conditions remains  incomplete.  In particular,  it  is  known  that  immune  sensors,  which are  typically  dedicated  to protection  against  infection,  are  sometimes  usurped,  and  instead  initiate  and  propagate autoimmune  diseases  such as  systemic  lupus  erythematosus  (SLE)  and  Crohn’s  disease.  Specifically,  self-­induced  signaling  by  nucleic  acid-­sensing  endosomal Toll-­like receptors (TLRs 7 and 9) and the unchecked production of pro-­inflammatory cytokines (e.g.  type I interferons;; IFN-­I) in plasmacytoid dendritic cells (pDCs) are key events in the pathogenesis of numerous  autoimmune conditions. Thus, compounds that can suppress the production of these cytokines in pDCs would  be  clinically  useful  agents  for  the  treatment  of  such  diseases.  Recently,  loss-­of-­function  studies  of  the  poorly  characterized  endolysosomal  solute  carrier  gene  family  15  member  4  (SLC15A4)  in  lupus  mouse  models  revealed significantly reduced disease manifestation as well as near complete suppression of TLR7/9-­mediated  production  of  IFN-­I  and  other  proinflammatory  cytokines.  In  this  application,  we  have  leveraged  our  lab’s  innovative chemoproteomic fragment-­based ligand discovery platform to develop a suite of chemical probes that  engage SLC15A4 in human pDCs, block SLC15A4 mediated transport, and suppress IFN-­I production in human  and  mouse  primary  pDCs.  We  will  utilize  an  interdisciplinary  strategy  that  draws  upon  the  fields  of  chemical  biology, immunology and mass spectrometry to illuminate how SLC15A4 controls TLR-­mediated production of  IFN-­I  in  primary  human and  mouse  immune  cells and evaluate  pharmacological  inhibition  in vivo.  Specifically,  we  will  investigate the  role of SLC15A4  in  regulating endolysosomal homeostasis,  map  the  protein interaction  network of SLC15A4 and broadly characterize pharmacological inhibition of SLC15A4 in immune cells. We will  also evaluate and optimize chemical probes to assess the therapeutic potential of SLC15A4 in mouse models of  lupus. The chemical tools generated, and  knowledge gained from these studies are certain to greatly advance  our  understanding  of  SLC15A4  biology  and  the  endolysosomal  regulation  of  TLR  signaling,  enabling  the  identification of novel strategies to treat human autoimmune diseases.