Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Deubiquitinierung bzw. den deubiquitinierenden Enzymen bei der Regulation des nuclear factor kappa b light chain enhancer of activated b-cells Signalweg sowie der Regulation der Deubiquitinierung des EGF-Rezeptors.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Das Ubiquitin-System
1.1.1 Abbau im 26S-Proteasom
1.1.2 Formen der Ubiquitinierung
1.2 Deubiquitinierung
1.2.1 Mechanismus der Deubiquitinierung
1.3 Funktionen der Deubiquitinierung
1.3.1 Histon-Deubiquitinierung
1.3.2 Endozytose
1.3.3 Zellzyklusregulation und DNA-Reparatur
1.4 Regulation der Deubiquitinaseaktivität
1.5 Zielsetzung der Arbeit
2 Regulation von Signaltransduktionswegen
2.1 Regulationsmechanismen
2.2 Der "Nuclear Factor kappa-B"-Signalweg
2.2.1 Kanonischer Signalweg
2.2.2 Nicht-kanonischer Signalweg
2.3 Einfluss der Deubiquitinasen auf den NF-κB-Signalweg
2.4 Nachweis der Regulation durch die Deubiquitinase CYLD
2.4.1 CYLD als negativer Regulator des NF-κB-Signalweges
2.4.2 Regulation der CYLD-Expression durch den NF-κB-Signalweg
2.4.3 CYLD wird durch NEMO-abhängige Phosphorylierung reguliert
2.4.4 Regulation des JNK-Signalweges und der TRAF2-Ubiquitinierung
2.4.5 Auswirkungen der CYLD-Phosphorylierung auf die Genexpression
2.4.6 Deubiquitinierung des NF-κB-Aktivators CC2D1A
2.5 Nachweis der Regulation durch die Deubiquitinase A20
2.5.1 Regulation der A20-Expression durch den NF-κB-Signalweg
2.5.2 Ubiquitin-Editing von RIP durch A20
2.5.3 A20 fördert den Abbau der Ubiquitin-Konjugasen Ubc5 und Ubc13
2.5.4 A20 benötigt Rnf11 zur Herunterregulation des NF-κB-Signalweges
2.5.5 A20 benötigt ABIN-1 für die Deubiquitinierung von NEMO
2.5.6 Kontrolle der zweiten Phase des NF-κB-Signalweges
2.5.7 A20 und IkK-abhängige Phosphorylierung
2.6 Nachweis der Regulation durch die Deubiquitinase CEZANNE
2.6.1 Regulation der CEZANNE-Expression durch den NF-κB-Signalweg
2.6.2 Regulation des NF-κB-Signalweges durch CEZANNE
2.6.3 Auswirkungen der Deubiquitinierung von IkK und RIP
3 Diskussion
3.1 Deubiquitinierung von TRAF2 und TRAF6 durch CYLD
3.2 Physiologische Funktionen von CYLD
3.3 Phosphorylierung von CYLD durch IkK
3.4 Wechselseitige Regulation von CYLD und dem NF-κB-Signalweg
3.5 A20-Spezifität
3.6 A20 inhibiert die Rekrutierung von RIP und TRADD
3.7 Funktionen des A20-Komplexes
3.8 Funktionen des C-Terminus von CEZANNE
3.9 Interaktionen der Deubiquitinasen
4 Zusammenfassung
5 Regulation des intrazellulären Transportes von Membranproteinen
5.1 Plasmamembranproteine
5.2 Der epidermale Wachstumsfaktor(-rezeptor)
5.3 Der EGFR-Signalweg
5.4 Herunterregulation des EGF-Rezeptors
5.5 Kontrolle der Herunterregulation durch Deubiquitinasen
5.6 Regulation durch die Deubiquitinase AMSH
5.6.1 Nachweis der Assoziation von AMSH und ESCRT-III
5.6.2 Funktionen von AMSH bei der Herunterregulation des EGFR
5.7 Ubiquitin-spezifische Protease Y
5.7.1 Funktionen der Mit-Domäne
5.7.2 Funktionen der HRS-STAM-Bindung
5.7.3 Rolle von UBPY bei der Herunterregulation des EGFR
6 Diskussion
6.1 Funktionen der Mit-Domäne von UBPY und AMSH
6.2 Interaktionen zwischen AMSH und CHMP3
6.3 Funktionen von AMSH bei der Herunterregulation des EGFR
6.4 Modifikationen von UBPY
6.5 Komplexbildung zwischen UBPY und dem EGFR
6.6 Deubiquitinierung des EGFR durch UBPY
6.7 Interaktionen von AMSH und UBPY
7 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenbereiche
Diese Arbeit untersucht die essenzielle Rolle von Deubiquitinasen (DUBs) bei der Regulation komplexer zellulärer Signaltransduktionswege, insbesondere des NF-κB-Signalweges sowie der Herunterregulation von Membranproteinen wie dem EGF-Rezeptor. Ziel ist es, die spezifischen Regulationsmechanismen der beteiligten DUBs zu erörtern und ihr Zusammenspiel bei der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase darzulegen.
- Grundlagen des Ubiquitin-Systems und der Deubiquitinierung
- Regulation des NF-κB-Signalweges durch die Deubiquitinasen CYLD, A20 und CEZANNE
- Mechanismen der Ubiquitin-abhängigen Endozytose und des EGFR-Signalweges
- Funktionsweise der Deubiquitinasen AMSH und UBPY beim intrazellulären Transport
- Analyse der regulatorischen Interaktionen zwischen DUBs und ihren Substraten
Auszug aus dem Buch
1.1 Das Ubiquitin-System
Posttranslationale Modifikationen von Proteinen geben Zellen die Möglichkeit auf intra- und extrazelluläre Stimuli zu reagieren, damit sie die Kontrolle über ihre zellulären Prozesse behalten. Eine wichtige Rolle innerhalb dieser Modifikationssysteme nimmt dabei das Ubiquitin (Ub)-System ein. Neben seiner klassischen Funktion als Abbausystem von Proteinen, verfügt es über diverse weiterführende Funktionen, die bisweilen noch nicht alle erforscht sind. Bekannt ist, dass das Ub-System von essentieller Bedeutung bei der Regulation von diversen Signaltransduktionswegen zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase und der Translokation von zellulären Proteinen ist. Die kovalente und reversible Übertragung von Ub-Molekülen auf die zu regulierenden Proteine wird als Ubiquitinierung bezeichnet.
Ub ist ein Polypeptid, welches aus 76 Aminosäuren (AS) besteht und ein Molekulargewicht von 8,5 kDa aufweist. Es besitzt eine globuläre Tertiärstruktur, wobei die vier C-terminalen AS herausragen. Das Ub der Hefe unterscheidet sich von dem des Menschen nur in drei der 76 AS, was es zu einem der höchst-konserviertesten Proteine überhaupt macht. Ubiquitiniert werden Membranproteine, cytosolische Proteine und Proteine aus dem Nukleus. Dabei bindet der carboxy-terminale Teil des Ubiquitins an die ε-Aminogruppen eines oder mehrerer Lysine des zum Abbau vorgesehenen Proteins.
Die Energie für die Reaktion wird durch Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) bereitgestellt. Die Reaktion läuft kaskadenartig ab und wird von drei Enzymen (E1-E3) katalysiert: Im ersten Schritt wird Ub durch die Reaktion mit ATP aktiviert. Dieser Reaktionsschritt wird vom Ubiquitin-aktivierenden Enzym (E1) durchgeführt. Das terminale Gly des Ub wird dabei unter Abspaltung von Pyrophosphat adenyliert und aktiviert. Anschließend wird der C-Terminus des Ub durch Ausbildung einer Thioesterbindung auf die Sulfhydrylgruppe eines Cys im E1-Enzym übertragen. Das gebundene Adenosinmonophosphat (AMP) wird abgespalten. Es folgt die Übertragung auf das Ubiquitin-konjugierende Enzym (E2), auch hier unter Ausbildung einer Thioesterbindung. Das E2-Enzym und das zu markierende Zielprotein werden nun von einer Ubiquitin-Protein-Ligase (E3) gebunden und das Ub auf eine Aminogruppe eines Lys des Zielproteins übertragen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen des Ubiquitin-Systems, den Prozess der Deubiquitinierung sowie die Bedeutung der DUBs für zelluläre Prozesse wie Proteinstabilität, Endozytose und Zellzyklusregulation.
2 Regulation von Signaltransduktionswegen: Hier wird detailliert dargestellt, wie DUBs wie CYLD, A20 und CEZANNE den NF-κB-Signalweg durch gezielte Deubiquitinierung von Schlüsselkomponenten regulieren.
3 Diskussion: Dieses Kapitel analysiert die spezifischen Funktionen und Interaktionen der untersuchten Deubiquitinasen und ordnet die regulatorischen Mechanismen im Kontext des NF-κB-Signalweges kritisch ein.
4 Zusammenfassung: Ein kurzer Überblick über die zentralen Erkenntnisse bezüglich der Rolle von DUBs bei der Regulation des NF-κB-Signalweges.
5 Regulation des intrazellulären Transportes von Membranproteinen: Der Fokus liegt hier auf dem EGFR-Signalweg und wie DUBs wie AMSH und UBPY den endosomalen Transport und Abbau von Rezeptoren steuern.
6 Diskussion: Eine vertiefende Analyse zur Rolle von AMSH und UBPY bei der EGFR-Regulation, inklusive der Debatte über ihre spezifischen Interaktionspartner und Wirkungsweisen.
7 Zusammenfassung: Eine abschließende Zusammenfassung der Funktionen von AMSH und UBPY bei der Herunterregulation des EGFR.
Schlüsselwörter
Ubiquitin, Deubiquitinierung, Deubiquitinasen, DUBs, NF-κB-Signalweg, EGFR, Endozytose, Signaltransduktion, Proteinabbau, Proteasom, CYLD, A20, CEZANNE, AMSH, UBPY
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der biochemischen Bedeutung der Deubiquitinierung für die Regulation zellulärer Signalwege und den intrazellulären Transport von Membranproteinen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Schwerpunkte liegen auf der Ubiquitin-Modifikation von Proteinen, der Funktionsweise der Deubiquitinasen (DUBs) und deren Einfluss auf den NF-κB-Signalweg sowie den EGF-Rezeptor-Signalweg.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, die spezifischen Mechanismen aufzuklären, durch die Deubiquitinasen die Aktivität von Signalwegen sowie die Sortierung und den Abbau von Rezeptoren kontrollieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer umfassenden Literaturanalyse und der Auswertung zahlreicher Studien, die Methoden wie Immunpräzipitation, Western Blotting, siRNA-Knockdowns und in vitro-Assays nutzen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Regulation des NF-κB-Signalwegs durch spezifische DUBs (CYLD, A20, CEZANNE) und die Untersuchung des intrazellulären Transports von Membranproteinen, insbesondere des EGFR, unter Einfluss von AMSH und UBPY.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den Kernbegriffen gehören Deubiquitinierung, NF-κB-Signalweg, EGFR, Proteasom, Endozytose und die spezifischen Enzyme CYLD, A20 und AMSH.
Welche Funktion hat das Protein A20 im NF-κB-Signalweg?
A20 fungiert als negativer Regulator, der durch Ubiquitin-Editing von RIP die Signalweiterleitung unterbricht und somit Entzündungsreaktionen kontrolliert.
Wie unterscheidet sich die Rolle von AMSH und UBPY bei der EGFR-Herunterregulation?
Während AMSH primär mit ESCRT-III assoziiert ist und die Sortierung in die Multivesicular Bodies (MVB) unterstützt, interagiert UBPY komplex mit dem EGFR und beeinflusst dessen Recycling bzw. lysosomalen Abbau.
- Citar trabajo
- Andreas Kesseler (Autor), 2010, Die Bedeutung der Deubiquitinierung für den intrazellulären Transport von Membranproteinen und bei Signaltransduktionswegen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/161031
