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Die Protein-Monoaminylierung als regulatorischer Mechanismus in der Signaltransduktion
Vowinckel, Jakob

HaupttitelDie Protein-Monoaminylierung als regulatorischer Mechanismus in der Signaltransduktion
TitelvarianteProtein-monoaminylation - a novel regulatory mechanism in signal transduction
AutorVowinckel, Jakob
Geburtsort: Köln
GutachterProf. Dr. Constance Scharff
weitere GutachterProf. Dr. Petra Knaus
Freie Schlagwörterserotonin; transglutaminase; serotonylation; monoaminylation
DDC572 Biochemie
ZusammenfassungDie biogenen Monoamine Serotonin (5 HT), Histamin (HA), Dopamin (DA) und Norepinephrin (NE) sind Neurotransmitter und Hormone, die wichtige Funktionen des Säugerorganismus regulieren. Kürzlich wurde über eine neuartige posttranslationale Modifikation von kleinen G-Proteinen berichtet, bei der unter bestimmten Bedingungen 5 HT kovalent mit einem proteingebundenen Glutamin (Q)-Rest verknüpft wird. Durch diese Reaktion, die von Enzymen der Transglutaminase (TGM)-Familie katalysiert wird, verändert sich die katalytische GTPase-Aktivität der Signalproteine.
Um zu klären, ob es sich dabei um ein auf 5 HT beschränktes Phänomen oder einen generellen Regulationsmechanismus handelt, wurden die vier Monoamine 5 HT, HA, DA und NE in vitro und in Zellkultur untersucht. Zunächst wurden dazu acht kleine und zwei heterotrimere GTPasen sowie Phospholipase A2 (PLA2) in Kombination mit TGM1, 2, 3 und fXIIIA sowie den vier Monoaminen mit dem Ergebnis analysiert, dass die TGM-abhängige Inkorporation von Monoaminen (Monoaminylierung) spezifisch erfolgt. Dabei ist die HA-Inkorporation (Histaminylierung) am stärksten, gefolgt von DA, NE und 5 HT. Nach einer Histaminylierung verändert sich die Funktion der kleinen und heterotrimeren GTPasen, wie mittels GTP-Hydrolyse-Experimenten und Effektor-Bindungsstudien gezeigt werden konnte. Bedingt durch eine verminderte intrinsische und GAP-vermittelte Hydrolyseaktivität verleiben Gαo1 und Cdc42 konstitutiv im GTP-gebundenen, aktiven Zustand und binden somit verstärkt an die Bindungspartner RGS4 bzw. Pak3. Im Gegensatz dazu wird die PLA2-Aktivität durch Histaminylierung signifikant verstärkt.
Da nahezu alle GTPasen einen konservierten Q-Rest im katalytischen Zentrum besitzen, lag die Vermutung nahe dass dieser Rest durch TGM modifiziert wird. Tatsächlich konnte die Hypothese mittels massenspektrometrischer Untersuchung der Fragmentierungsmuster von Gαo1, Gαq und Rab18 bestätigt werden. Im Prinzip kann die Histaminylierung damit als eine neuartige, TGM-vermittelte regulatorische posttranslationale Modifikation von Signalproteinen vorgestellt werden.
Nach einer Analyse von acht Zelllinien unterschiedlicher Gewebetypen hinsichtlich der Expression von vier Monoamin-Transportern und sieben TGM wurden Monoamin-Aufnahme und –Inkorporation bestimmt. Anhand des kompetitiven Inhibitors Cysteamin wurde dabei die TGM-Abhängigkeit beurteilt. Es zeigte sich, dass in allen untersuchten Zelllinien eine Monoaminylierung stattfand, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß. Am deutlichsten war die Dopaminylierung, doch auch NE- und HA- und 5 HT-Inkorporation waren detektierbar. Die Monoaminylierung ist demnach eine in vielen Zellen vorkommende Erscheinung.
Um potenziell durch diese Modifikation regulierte Signalwege zu identifizieren, wurden PC12- und 3T3 L1-Zellen mit einem selbst entwickelten DA-Derivat (DA-biotin) oder dem kommerziellen 5 (Biotinamido)-Pentylamin behandelt und kovalent modifizierte Proteine durch Massenspektrometrie identifiziert. Demnach sind eine Vielzahl von Proteinen Substrate der Monoaminylierung. Sie gehören wichtigen Funktionsgruppen an wie Proteinbiosynthese und –Faltung, Glykolyse und Fettsäuremetabolismus, Signaltransduktion und Mitochondrienfunktion. Die Substratproteine Rab1b, NPM1 und AnxA2 wurden genauer untersucht, wobei für NPM1 und Rab1b eine Monoaminylierung in PC12-Zellen verifiziert werden konnte.
Anhand dieser Erkenntnisse kann nun eine detaillierte Analyse der Monoaminylierung erfolgen, die als regulatorische posttranslationale Modifikation eine Feinregulierung vielfältiger zellulärer Funktionen erlaubt.
Dokumente
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Seitenzahl151 S.
Fachbereich/EinrichtungFB Biologie, Chemie, Pharmazie
Erscheinungsjahr2012
Dokumententyp/-SammlungenDissertation
Medientyp/FormatText
SpracheDeutsch
Rechte Nutzungsbedingungen
Tag der Disputation22.06.2011
Erstellt am02.01.2012 - 09:55:33
Letzte Änderung02.01.2012 - 09:55:51
 
Statische URLhttp://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000023285
URNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000023285-6
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