Charakterisierung der Ubiquitinierung des Tumorantigens NY-ESO-1 und deren Einfluss auf die MHC-Klasse I Antigenpräsentation

Abstract

Lysin-verknüpfte K48-Polyubiquitinketten gelten als kanonisches Signal, das Proteine für den Abbau durch 26S Proteasomen markiert. Obwohl der überwiegende Teil der per MHC Klasse I präsentierten Epitope proteasomal generiert werden, ist nur wenig über den Einfluss von Ubiquitinakzeptorstellen und -verknüpfungen eines Substrates auf die MHC Klasse I Antigenprozessierung bekannt. In diesem Zusammenhang stellt das cancer/testis Antigen NY-ESO-1, das nur ein einziges Lysin (K124) enthält, ein ideales Modellantigen zur Untersuchung Ubiquitin-abhängiger Antigenpräsentation dar. Durch die Substitution des Lysin 124 mit Arginin entstand ein Lysin-freies NY-ESO-1 (NY-ESO-1K0), das überraschenderweise sogar stärker als das Wildtypprotein polyubiquitiniert wurde. Dennoch blieb die Präsentation des HLA-A*0201 restringierten NY-ESO-1 (157−165) Epitops, die für beide Proteinvarianten durch die katalytisch-aktiven Untereinheiten β2 und β1 des 20S Standardproteasoms sichergestellt und von den Ub-Rezeptoren Rpn10 und Rpn13 des 19S Regulators vermittelt wurde, davon unbeeinträchtigt. Die daraufhin durchgeführte qualitative Analyse der Ubiquitinierungsprofile demonstrierte für NY-ESO-1K0 einen Verlust von K48-Poly-Ub-Ketten sowie einer kompensatorisch gesteigerten Verknüpfung mit alternativen Ketten (K11, K29, K33) auf alternativen Akzeptorstellen (C, S und T). Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass ein Fehlen des kanonischen Abbausignals in NY-ESO-1 durch Synthese atypischer Formen der Polyubiquitinierung kompensiert und die MHC Klasse I Antigenpräsentation aufrecht erhalten werden kann.

Lysine-linked K48-polyubiquitin-chains are considered as the canonical signal marking proteins for degradation via 26S proteasomes. Altough the generation of the majority of the MCH class I presented epitopes depends on proteasomal activity, little is known regarding the role of ubiquitin-linkages and -acceptor sites of a given substrate in antigen processing. Addressing this issue, the cancer/testis antigen NY-ESO-1 provides an ideal target to study ubiquitin-dependent antigen presentation, because of its single lysine residue K124. Unexpected, the introduction of a K124R substitution in NY-ESO-1 did not lead to an abrogation but to an increase of polyubiquitination. Nevertheless the wildtype and the lysine-free protein were equal in their ability to simulate monoclonal CD8+ T-cells specific for the HLA-A2*0201 restricted NY-ESO-1 (157−165) epitope, whose generation was driven by the β2 and β1 catalytic subunits of the 20S standard proteasome and regulated by the activity of the major ubiquitin receptors Rpn10 and Rpn13 of the 19S regulatory particle. A profound analysis of the polyubiquitination profile exhibited a loss of K48 poly-Ub-chains in NY-ESO-1K0 accompanied by an increase in the assembly of alternative chains (K11, K29, K33) on alternative acceptor sites (C, S and T). These data clearly demonstrate, that the absence of the canonical degradation signal in NY-ESO-1 can be compensated by the generation of atypical forms of ubiquitination, ensuring the sufficient generation of MHC class I presented epitopes.