Chemoproteomic-Enabled Strategy to Study SLC Transporter Roles in Inflammation

项目摘要 先天免疫系统是抵御入侵病原体的第一道防线， 与适应性免疫系统一起维持生理稳态。然而，免疫系统的组成部分 反应有时会变得功能失调，无法发挥这种保护作用，甚至直接导致各种 自身免疫性疾病 免疫功能障碍由遗传和环境因素的相互作用引起， 然而，对驱动这些疾病的各种蛋白质和途径的机械理解仍然存在， 不完整 特别地，已知免疫传感器，其通常专用于保护免受 感染，有时被篡夺，而是引发和传播自身免疫性疾病， 红斑狼疮（SLE）和克罗恩病。 具体地，通过核酸-荧光传感， 内体Toll样受体（TLR 7和9）和促炎细胞因子（例如， 浆细胞样树突状细胞（pDC）中的I型干扰素（IFN-γ I）是许多肿瘤发病机制中的关键事件， 自身免疫性疾病因此，可以抑制pDC中这些细胞因子的产生的化合物将 是治疗这些疾病的临床上有用的试剂。 近年来，对脑功能不全的研究表明， 狼疮小鼠模型中的特征性内溶酶体溶质载体基因家族15成员4（SLC 15 A4） 显示出显著减少的疾病表现以及几乎完全抑制TLR 7/9介导的 IFN-γ I和其它促炎细胞因子的产生。 在这个应用程序中，我们利用了我们实验室的 创新的基于化学蛋白质组学片段的配体发现平台，以开发一套化学探针， 在人pDC中接合SLC 15 A4，阻断SLC 15 A4介导的转运，并抑制人IFN-γ I产生， 和小鼠原代pDC。 我们将利用跨学科的战略，借鉴化学领域， 阐明SLC 15 A4如何控制TLR-1介导的 IFN-γ I在原代人和小鼠免疫细胞中的表达，并评估体内药理学抑制。 具体地说， 我们将研究SLC 15 A4在调节内溶酶体稳态中的作用，绘制蛋白质相互作用的图谱， SLC 15 A4网络的结构，并广泛表征免疫细胞中SLC 15 A4的药理学抑制。我们将 还评估和优化化学探针，以评估SLC 15 A4在小鼠模型中的治疗潜力。 狼疮从这些研究中产生的化学工具和获得的知识肯定会大大进步 我们对SLC 15 A4生物学和TLR信号转导的内溶酶体调节的理解， 鉴定治疗人类自身免疫性疾病的新策略。

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.