Die Interaktion von VHL und PTEN bei der Tumorinitiation und Progression

Das VHL-Syndrom umfasst Erkrankungen, die mit einem Funktionsverlust von VHL einhergehen. Das Tumorspektrum umfasst retinale und zerebrale Hämangioblastome, Nierenzysten und klarzellige Nierenkarzinome, Zysten und Tumore des Pankreas, Phäochromocytome, Adenome der Hoden und Tumore des Mittelohrs. Obwohl aufgrund klinischer Studien bekannt ist, welche VHL-Mutation mit welchen Neoplasien assoziiert werden können, konnte bisher kein VHL-Mausmodell das Krankheitsbild des VHL-Syndroms widerspiegeln. Daher ist vermutlich eine zusätzliche Fehlregulation weiterer Gene nötig ist, um die Tumorgenese in den verschiedenen Geweben zu induzieren. In mehreren klarzelligen Nierenkarzinomen konnte bereits eine PTEN-Defizienz nachgewiesen werden, der Verlust von PTEN wird außerdem auch mit der Tumorgenese von Phäochromocytomen assoziiert. Möglicherweise wirken VHL und PTEN also in der Tumorsuppression in der Niere und der Nebenniere zusammen.rnIm Rahmen dieser Arbeit konnte erstmals eine VHL-vermittelte Stabilisierung der PTEN-Konzentration sowohl in embryonalen als auch in Tumor-Zellen der Niere nachgewiesen werden. Die Analyse des Regulationsmechanismus ergab erstens eine Hypoxie-abhängige Abnahme der Transkription von PTEN. Des Weiteren konnte eine VHL-vermittelte Ubiquitinylierung von NEDD4-1, welches als E3-Ligase von PTEN dessen Degradation und Kerntransport reguliert, ermittelt werden. rnIn Nierenkarzinom-Zellen wurde weiterhin eine VHL- bzw. PTEN-Restitution induziert, um die Auswirkungen der beiden Tumorsuppressoren auf das Zellverhalten in vitro und in vivo zu untersuchen. Sowohl VHL als auch PTEN hatten dieselben Effekte lediglich in unterschiedlicher Intensität auf das Verhalten der Zellen. So konnte VHL- und PTEN-abhängig eine Verstärkung der Adhäsion, eine Inhibierung der Migration und eine Verminderung der Überlebens- und Metastasierungsfähigkeit nachgewiesen werden. Des Weiteren wurden Mausmodelle mit einem ubiquitären, heterozygoten Pten-Verlust generiert, die teilweise eine zusätzliche Haploinsuffizienz von Vhl bzw. eine heterozygote VHL Typ II-Mutation (V2B oder V2C) trugen. Sporadisch entwickelten diese Mäuse Vhl-abhängig Lebertumore und Pten-abhängig Lymphome und Ovarialkarzinome. Einige Mäuse mit einer kombinierten Vhl- und Pten-Defizienz bildeten zusätzlich Nierenzysten aus, die teilweise das gesamte Volumen der Niere einnahmen. Besonders häufig entstanden in Pten-haploinsuffizienten Mäusen Phäochromocytome, die durch eine zusätzliche V2B- oder V2C-Mutation in gleichaltrigen Mäusen deutlich weiterentwickelt waren. Demnach induziert erst der gemeinsame Verlust von Vhl und Pten die Bildung von Nierenzysten und Phäochromocytomen, welche dem Krankheitsbild des VHL-Syndroms zugeordnet werden.rnDie Untersuchungen innerhalb dieser Arbeit zeigen erstmalig die Interaktion und Kooperation von VHL und PTEN in der Tumorsuppression. Die Resultate bieten außerdem die Grundlage für weitere Analysen der Auswirkung der VHL-vermittelten PTEN-Stabilisierung und für detailliertere Untersuchungen der durch die kombinierte Vhl- und Pten-Defizienz induzierten Neoplasien der Niere und der Nebennieren-Tumore in in vivo Mausmodellen.rn

Die Rolle von gamma2-Adaptin im endo-lysosomalen Proteintransport von Säuger-Zellen

Ziel der Arbeit war es, die physiologische Funktion von 2-Adaptin zu charakterisieren. 2 Adaptin wurde 1998 erstmals von Takatsu et al. und Lewin et al. als mögliches Mitglied der Clathrin-Adapter-Proteinfamilie beschrieben. Seine genaue physiologische Funktion ist aber bis heute noch unklar. Bisherige Ergebnisse deuten darauf hin, das 2-Adaptin unabhängig von den AP-Komplexen wirkt. rnIn der HBV-Morphogenese ist eine spezielle Funktion von 2-Adaptin bekannt, da es dort nach seiner Ubiquitinierung durch Nedd4 als Adapter zwischen dem HBV L- und Core-Protein fungiert und Änderungen in der 2 Konzentration die HBV-Freisetzung blockieren.rn2-Adaptin besitzt neben den für die Clathrin-Adapter Proteine typischen Clathrin-bindenden Eigenschaften auch die Fähigkeit, Ubiquitin über sein UIM zu binden. Darüberhinaus wird 2-Adaptin durch seine Interaktion mit der Ubiquitin-Ligase Nedd4 selbst ubiquitiniert. Damit besitzt 2-Adaptin typische Eigenschaften eines Ubiquitin-Adapters. 2-Adaptin ist an MVBs lokalisiert und Abweichungen in der 2 Konzentration verändern die MVB-Morphologie. Zudem führt die Überexpression von 2-Adaptin zur Blockade der Freisetzung retroviraler VLPs und die 2 Depletion blockiert den lysosomalen Abbau von EGF, einem Substrat des endo-lysosomalen Proteintransports. Dies alles deutet auf eine mögliche Funktion von 2-Adaptin in diesem Transportsystem hin, welche in dieser Arbeit näher untersucht wurde.rnEs konnte gezeigt werden, dass die Depletion von 2-Adaptin den Abbau von endogenen (z.B. EGF, ubiquitinierte Proteine) und exogenen (z.B. das retrovirale MLV.gag-Polyprotein) Substraten des endo-lysosomalen Weges inhibiert, während sie bei 2 Überexpression verstärkt abgebaut werden. Alle bisher identifizierten „Substrate“ von 2 Adaptin, also Proteine, die durch überschüssiges 2-Adaptin abgebaut werden, besitzen eine Verbindung zum endo-lysosomalen System und / oder zur Ubiquitin-Maschinerie der Zelle. Weitere Hinweise auf eine Rolle von 2 Adaptin im MVB-Weg lieferte die Identifikation von Vps28 und Chmp2A als spezifische Interaktionspartner von 2-Adaptin. Über Vps28 erhält -Adaptin direkten Zugang zum ESCRT-I- und über Chmp2A zum ESCRT-III-Komplex. rnZudem konnte neben dem UIM eine PH-Domäne in 2-Adaptin als wichtige funktionelle Domäne identifiziert werden. Sie stellt das Modul für die Interaktion mit Rab7 dar, welche erstmals gezeigt werden konnte. Auch die Interaktion mit Rab7 deutet auf eine Rolle von 2 Adaptin im endo-lysosomalen Transportsystem hin, da Rab7 an späten Endosomen lokalisiert ist und u.a. die Fusion der MVBs mit den Lysosomen vermittelt. Da die Auswirkungen der Rab7-Überexpression und Depletion auf MLV.gag denen der 2 Überexpression bzw. Depletion entsprechen, liegt die Vermutung nahe, dass 2-Adaptin an einem ähnlich späten Schritt im endo-lysosomalen Transportsystem wirkt wie Rab7. Jedoch blockiert überschüssiges 2 Adaptin die ESCRT-abhängige VLP-Ausschleusung an der Plasmamembran und fungiert daher möglicherweise als negativer Regulator der ESCRT-Kaskade. Da die Überexpression von -Adaptin aber gleichzeitig zum vermehrten lysosomalen Abbau führt, ist eine Funktion von 2-Adaptin bei der MVB-Lysosomen-Fusion wenig wahrscheinlich. Einer solchen Funktion widerspricht auch, dass die intrazelluläre Konzentration von Rab7 und Vps28 durch überschüssiges 2-Adaptin reduziert werden. rnAls dritte funktionell wichtige Domäne in 2-Adaptin konnte ein LIR-Motiv identifiziert werden, über welches -Adaptin mit dem Autophagie-Markerprotein LC3 interagieren kann. Die Interaktion mit LC3, und damit die Verbindung zur Autophagie-Machinerie, liefert eine mögliche Erklärung für den vermehrten Abbau bei 2-Überexpression und den Abbau von Proteinen auf der MVB-Oberfläche. Dabei induziert 2-Adaptin nicht die Autophagie per se, sondern scheint als Autophagie-Adapter zu wirken, der seine Substrate, z.B. MVBs, selektiv dem Abbau durch Autophagie zuführt. rnrnEine mögliche Rolle von 2-Adaptin im zum Lysosom hin gerichteten zellulären Transport konnte bestätigt werden, wobei 2-Adaptin dabei verschiedene Funktionen übernimmt: rn als Ubiquitin-Adapter im endo-lysosomalen System, rn als negativer Regulator der ESCRT-Kaskadern und / oder als Autophagie-Adapter.rn

Die Regulation der Ubiquitinligase CHIP durch das Cochaperon BAG2 im zellulären System und im Kontext der replikativen Seneszenz

Eine funktionierende Proteinqualitätskontrolle ist essenziell für die Vitalität einer Zelle. Das dynamische Gleichgewicht zwischen Proteinfaltung und -degradation wird von molekularen Chaperonen aufrechterhalten, deren Aktivität wiederum durch die Interaktion mit zahlreichen Cochaperonen moduliert wird. Das Cochaperon CHIP ist ein zentraler Faktor in Proteintriage-Entscheidungsprozessen, da es als Ubiquitinligase Chaperonsubstrate dem Abbau zuführt und somit die Chaperonmaschinerie direkt mit den Systemen der Proteindegradation verbindet. Um Polypeptide vor einem vorzeitigen Abbau zu schützen, wird die destruktive Aktivität von CHIP durch weitere Cochaperone reguliert. rnIn dieser Arbeit konnte die Hemmung der Ligaseaktivität von CHIP durch das Cochaperon BAG2 mechanistisch erstmals in einem zellulären System nachgewiesen werden. Dazu wurde die humane IMR-90 Fibroblasten Zelllinie verwendet. Die Ubiquitinierungsaktivität von CHIP wurde anhand von HSP72 als Modell-CHIP-Substrat untersucht. Durch die verringerte Ubiquitinierung, und damit dem reduzierten Abbau von HSP72, regulierte BAG2 dessen intrazelluläre Proteinspiegel, ohne dabei selbst eine Hitzeschockantwort zu induzieren. Überexprimiertes BAG2 wirkte sich trotz stabilisierter HSP72-Spiegel bei einem appliziertem Hitzestresses negativ auf die Zellvitalität aus, vermutlich da BAG2 durch die Inhibition von CHIP-vermittelter Ubiquitinierung massiv in das Gleichgewicht zwischen Substratfaltung und -degradation eingreift.rnDa sich die Mechanismen der Proteinqualitätskontrolle in der Alterung stark verändern und sich den wandelnden Bedingungen in der Zelle anpassen, wurde in einem zweiten Teil dieser Arbeit mit Hilfe des IMR-90 Zellsystems als etabliertes Modell zellulärer Seneszenz analysiert, inwieweit sich die Aktivität und die Regulation von CHIP durch BAG2 in der zellulären Alterung ändern. In seneszenten Zellen war HSP72 erheblich weniger ubiquitiniert als in jungen Fibroblasten, was auf eine reduzierte CHIP-Aktivität hinweist. Diese blieb jedoch durch BAG2 weiterhin modulierbar. Die Funktion von BAG2 als Inhibitor der Ubiquitinligase CHIP blieb demnach in seneszenten Zellen bestehen. In gealterten Fibroblasten regulierte BAG2 außerdem die Proteinspiegel des CHIP-Substrates und Seneszenzinitiators p53, was BAG2 eine mögliche Rolle in der Etablierung des Seneszenz-Phänotyps zuspricht. Weiterhin unterlagen die Proteinspiegel der beiden funktionell redundanten CHIP-Modulatoren BAG2 und HSPBP1 in der zellulären Alterung einer reziproken Regulation. In gealterten Mäusen trat die gegenläufige Veränderung der beiden Cochaperone gewebsspezifisch in der Lunge auf. Außerdem waren die BAG2-Proteinspiegel im Hippocampus gealterter Tiere signifikant erhöht.rnZusammenfassend konnte anhand der erzielten Ergebnisse die Funktion von BAG2 als Inhibitor von CHIP im zellulären System bestätigt werden. Außerdem durchlaufen die Aktivität und die Regulation von CHIP einen seneszenzspezifischen Adaptationsprozess, welcher für die Erhaltung der Proteostase in der Alterung relevant sein könnte und in welchem die Funktion von BAG2 als CHIP-Modulator möglicherweise eine wichtige Rolle spielt.rnZukünftige Studien könnten die komplexen Mechanismen weiterführend aufklären, mit denen CHIP-Aktivität reguliert wird. Dies kann helfen, der altersbedingten Abnahme an proteostatischer Kontrolle entgegenzuwirken und aberrante Proteinaggregation in altersassoziierten Erkrankungen vorzubeugen.rn

Nedd4-1 and beta-arrestin-1 are key regulators of Na+/H+ exchanger 1 ubiquitylation, endocytosis, and function

The ubiquitously expressed mammalian Na(+)/H(+) exchanger 1 (NHE1) controls cell volume and pH but is also critically involved in complex biological processes like cell adhesion, cell migration, cell proliferation, and mechanosensation. Pathways controlling NHE1 turnover at the plasma membrane, however, are currently unclear. Here, we demonstrate that NHE1 undergoes ubiquitylation at the plasma membrane by a process that is unprecedented for a mammalian ion transport protein. This process requires the adapter protein ?-arrestin-1 that interacts with both the E3 ubiquitin ligase Nedd4-1 and the NHE1 C terminus. Truncation of NHE1 C terminus to amino acid 550 abolishes binding to ?-arrestin-1 and NHE1 ubiquitylation. Overexpression of ?-arrestin-1 or of wild type but not ligase-dead Nedd4-1 increases NHE1 ubiquitylation. siRNA-mediated knock-down of Nedd4-1 or ?-arrestin-1 reduces NHE1 ubiquitylation and endocytosis leading to increased NHE1 surface levels. Fibroblasts derived from ?-arrestin-1 and Nedd4-1 knock-out mice show loss of NHE1 ubiquitylation, increased plasmalemmal NHE1 levels and greatly enhanced NHE1 transport compared with wild-type fibroblasts. These findings reveal Nedd4-1 and ?-arrestin-1 as key regulators of NHE1 ubiquitylation, endocytosis, and function. Our data suggest a broader role for ?-arrestins in the regulation of membrane ion transport proteins than currently known.

Nedd4-2-dependent ubiquitylation and regulation of the cardiac potassium channel hERG1

The voltage-gated cardiac potassium channel hERG1 (human ether-à-gogo-related gene 1) plays a key role in the repolarization phase of the cardiac action potential (AP). Mutations in its gene, KCNH2, can lead to defects in the biosynthesis and maturation of the channel, resulting in congenital long QT syndrome (LQTS). To identify the molecular mechanisms regulating the density of hERG1 channels at the plasma membrane, we investigated channel ubiquitylation by ubiquitin ligase Nedd4-2, a post-translational regulatory mechanism previously linked to other ion channels. We found that whole-cell hERG1 currents recorded in HEK293 cells were decreased upon neural precursor cell expressed developmentally down-regulated 4-2 (Nedd4-2) co-expression. The amount of hERG1 channels in total HEK293 lysates and at the cell surface, as assessed by Western blot and biotinylation assays, respectively, were concomitantly decreased. Nedd4-2 and hERG1 interact via a PY motif located in the C-terminus of hERG1. Finally, we determined that Nedd4-2 mediates ubiquitylation of hERG1 and that deletion of this motif affects Nedd4-2-dependent regulation. These results suggest that ubiquitylation of the hERG1 protein by Nedd4-2, and its subsequent down-regulation, could represent an important mechanism for modulation of the duration of the human cardiac action potential.

Effects of doxorubicin cancer therapy on autophagy and the ubiquitin-proteasome system in long-term cultured adult rat cardiomyocytes

The clinical use of anthracyclines in cancer therapy is limited by dose-dependent cardiotoxicity that involves cardiomyocyte injury and death. We have tested the hypothesis that anthracyclines affect protein degradation pathways in adult cardiomyocytes. To this aim, we assessed the effects of doxorubicin (Doxo) on apoptosis, autophagy and the proteasome/ubiquitin system in long-term cultured adult rat cardiomyocytes. Accumulation of poly-ubiquitinated proteins, increase of cathepsin-D-positive lysosomes and myofibrillar degradation were observed in Doxo-treated cardiomyocytes. Chymotrypsin-like activity of the proteasome was initially increased and then inhibited by Doxo over a time-course of 48 h. Proteasome 20S proteins were down-regulated by higher doses of Doxo. The expression of MURF-1, an ubiquitin-ligase specifically targeting myofibrillar proteins, was suppressed by Doxo at all concentrations measured. Microtubule-associated protein 1 light chain 3B (LC3)-positive punctae and both LC3-I and -II proteins were induced by Doxo in a dose-dependent manner, as confirmed by using lentiviral expression of green fluorescence protein bound to LC3 and live imaging. The lysosomotropic drug chloroquine led to autophagosome accumulation, which increased with concomitant Doxo treatment indicating enhanced autophagic flux. We conclude that Doxo causes a downregulation of the protein degradation machinery of cardiomyocytes with a resulting accumulation of poly-ubiquitinated proteins and autophagosomes. Although autophagy is initially stimulated as a compensatory response to cytotoxic stress, it is followed by apoptosis and necrosis at higher doses and longer exposure times. This mechanism might contribute to the late cardiotoxicity of anthracyclines by accelerated aging of the postmitotic adult cardiomyocytes and to the susceptibility of the aging heart to anthracycline cancer therapy.

[Allergies to animals and fungi]

Allergies to animals are behind the house-dust mite allergy the most frequent cause for indoor allergic respiratory symptoms. In case of persistent allergen exposure symptoms like rhinitis, itch of the skin or asthma are usually not perceived intensively and, thus, can not assigned to an animal or an animal source. In many cases animal allergies are based on a perennial allergen exposure. Although most likely all animals may be the cause of a respiratory allergy, cats, dogs, and horses are the most frequent elicitors. The diagnosis of an allergy to an animal needs to be set with due care, since it often causes emotional reactions, diverse conflicts, but also lack of understanding. Rarer are allergies to fungi even though fungi as allergen sources since decades belong to the differential diagnosis in respiratory allergies particularly in case of late summer asthma. Fungi are ubiquitous and present indoors as well as outdoors. Unfortunately the field of fungal allergy is not well explored and diagnostic possibilities are limited. The most promising therapy in both allergy to animals and fungi would be complete avoiding of contact with the respective allergen source. Indeed many preventive recommendations are given; however, realization is often not successful. In selected cases specific immunotherapy for both animal and fungal allergies is a potential therapeutic option.

Ligand binding induces Cbl-dependent EphB1 receptor degradation through the lysosomal pathway

Eph receptor tyrosine kinases play a critical role in embryonic patterning and angiogenesis. In the adult, they are involved in carcinogenesis and pathological neovascularization. However, the mechanisms underlying their role in tumor formation and metastasis remain to be defined. Here, we demonstrated that stimulation of EphB1 with ephrinB1/Fc led to a marked downregulation of EphB1 protein, a process blocked by the lysosomal inhibitor bafilomycin. Following ephrinB1 stimulation, the ubiquitin ligase Cbl was recruited by EphB1 and then phosphorylated. Both Cbl phosphorylation and EphB1 ubiquitination were blocked by the Src inhibitor PP2. Overexpression of wild-type Cbl, but not of 70Z mutant lacking ligase activity, enhanced EphB1 ubiquitination and degradation. This negative regulation required the tyrosine kinase activity of EphB1 as kinase-dead EphB1-K652R was resistant to Cbl. Glutathione S-transferase binding experiments showed that Cbl bound to EphB1 through its tyrosine kinase-binding domain. In aggregate, we demonstrated that Cbl induces the ubiquitination and lysosomal degradation of activated EphB1, a process requiring EphB1 and Src kinase activity. To our knowledge, this is the first study dissecting the molecular mechanisms leading to EphB1 downregulation, thus paving the way to new means of modulating their angiogenic and tumorigenic properties.

Antibiotic-dependent correlation between drug-induced killing and loss of luminescence in Streptococcus gordonii expressing luciferase

Measuring antibiotic-induced killing relies on time-consuming biological tests. The firefly luciferase gene (luc) was successfully used as a reporter gene to assess antibiotic efficacy rapidly in slow-growing Mycobacterium tuberculosis. We tested whether luc expression could also provide a rapid evaluation of bactericidal drugs in Streptococcus gordonii. The suicide vectors pFW5luc and a modified version of pJDC9 carrying a promoterless luc gene were used to construct transcriptional-fusion mutants. One mutant susceptible to penicillin-induced killing (LMI2) and three penicillin-tolerant derivatives (LMI103, LMI104, and LMI105) producing luciferase under independent streptococcal promoters were tested. The correlation between antibiotic-induced killing and luminescence was determined with mechanistically unrelated drugs. Chloramphenicol (20 times the MIC) inhibited bacterial growth. In parallel, luciferase stopped increasing and remained stable, as determined by luminescence and Western blots. Ciprofloxacin (200 times the MIC) rapidly killed 1.5 log10 CFU/ml in 2-4 hr. Luminescence decreased simultaneously by 10-fold. In contrast, penicillin (200 times the MIC) gave discordant results. Although killing was slow (< or = 0.5 log10 CFU/ml in 2 hr), luminescence dropped abruptly by 50-100-times in the same time. Inactivating penicillin with penicillinase restored luminescence, irrespective of viable counts. This was not due to altered luciferase expression or stability, suggesting some kind of post-translational modification. Luciferase shares homology with aminoacyl-tRNA synthetase and acyl-CoA ligase, which might be regulated by macromolecule synthesis and hence affected in penicillin-inhibited cells. Because of resemblance, luciferase might be down-regulated simultaneously. Luminescence cannot be universally used to predict antibiotic-induced killing. Thus, introducing reporter enzymes sharing mechanistic similarities with normal metabolic reactions might reveal other effects than those expected.

A key role for lipoic acid synthesis during Plasmodium liver stage development.

The successful navigation of malaria parasites through their life cycle, which alternates between vertebrate hosts and mosquito vectors, requires a complex interplay of metabolite synthesis and salvage pathways. Using the rodent parasite Plasmodium berghei, we have explored the synthesis and scavenging pathways for lipoic acid, a short-chain fatty acid derivative that regulates the activity of α-ketoacid dehydrogenases including pyruvate dehydrogenase. In Plasmodium, lipoic acid is either synthesized de novo in the apicoplast or is scavenged from the host into the mitochondrion. Our data show that sporozoites lacking the apicoplast lipoic acid protein ligase LipB are markedly attenuated in their infectivity for mice, and in vitro studies document a very late liver stage arrest shortly before the final phase of intra-hepaticparasite maturation. LipB-deficient asexual blood stage parasites show unimpaired rates of growth in normal in vitro or in vivo conditions. However, these parasites showed reduced growth in lipid-restricted conditions induced by treatment with the lipoic acid analogue 8-bromo-octanoate or with the lipid-reducing agent clofibrate. This finding has implications for understanding Plasmodium pathogenesis in malnourished children that bear the brunt of malarial disease. This study also highlights the potential of exploiting lipid metabolism pathways for the design of genetically attenuated sporozoite vaccines.

A phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-serum- and glucocorticoid-inducible kinase 1 (SGK1) pathway promotes Kv7.1 channel surface expression by inhibiting Nedd4-2 protein

Epithelial cell polarization involves several kinase signaling cascades that eventually divide the surface membrane into an apical and a basolateral part. One kinase, which is activated during the polarization process, is phosphoinositide 3-kinase (PI3K). In MDCK cells, the basolateral potassium channel Kv7.1 requires PI3K activity for surface-expression during the polarization process. Here, we demonstrate that Kv7.1 surface expression requires tonic PI3K activity as PI3K inhibition triggers endocytosis of these channels in polarized MDCK. Pharmacological inhibition of SGK1 gave similar results as PI3K inhibition, whereas overexpression of constitutively active SGK1 overruled it, suggesting that SGK1 is the primary downstream target of PI3K in this process. Furthermore, knockdown of the ubiquitin ligase Nedd4-2 overruled PI3K inhibition, whereas a Nedd4-2 interaction-deficient Kv7.1 mutant was resistant to both PI3K and SGK1 inhibition. Altogether, these data suggest that a PI3K-SGK1 pathway stabilizes Kv7.1 surface expression by inhibiting Nedd4-2-dependent endocytosis and thereby demonstrates that Nedd4-2 is a key regulator of Kv7.1 localization and turnover in epithelial cells.

Mice carrying ubiquitin-specific protease 2 (Usp2) gene inactivation maintain normal sodium balance and blood pressure

Ubiquitylation plays an important role in the control of Na⁺ homeostasis by the kidney. It is well established that the epithelial Na⁺ channel ENaC is regulated by the ubiquitin-protein ligase NEDD4-2, limiting ENaC cell surface expression and activity. Ubiquitylation can be reversed by the action of deubiquitylating enzymes (DUBs). One such DUB, USP2-45, was identified previously as an aldosterone-induced protein in the kidney and is also a circadian output gene. In heterologous expression systems, USP2-45 binds to ENaC, deubiquitylates it, and enhances channel density and activity at the cell surface. Because the role of USP2-45 in renal Na⁺ transport had not been studied in vivo, we investigated here the effect of Usp2 gene inactivation in this process. We demonstrate first that USP2-45 protein has a rhythmic expression with a peak at ZT12. Usp2-KO mice did not show any differences from wild-type littermates with respect to the diurnal control of Na⁺ or K⁺ urinary excretion and plasma levels either on a standard diet or after acute and chronic changes to low- and high-Na⁺ diets, respectively. Moreover, they had similar aldosterone levels on either a low- or high-Na⁺ diet. Blood pressure measurements using telemetry did not reveal variations compared with control mice. Usp2-KO mice did not display alterations in expression of genes involved in sodium homeostasis or the ubiquitin system, as evidenced by transcriptome analysis in the kidney. Our data suggest that USP2 does not play a primary role in the control of Na⁺ balance or blood pressure.

Bullous pemphigoid: therapeutic algrorithm and practical management

Introduction: Bullous pemphigoid (BP) is the most common autoimmune subepidermal blistering disease of the skin and mucosae. BP typically affects the elderly and manifests with severe itch, localised or generalised eczematous, urticated and/or bullous lesions. Its morbidity and impact on the quality of life are important. The disease is significantly associated with neurological disorders, such as stroke, Parkinson disease, major cognitive impairment and multiple sclerosis. Diagnosis of BP critically relies on immunopathologic examinations, particularly direct immunofluorescence microscopy studies. Areas covered: This paper looks at the evidence of therapies commonly used in bullous pemphigoid. Expert opinion: Treatment of BP has been a challenge, given the relative rarity of the disease, lack of good quality randomised controlled trials, the presence of co-morbidities in the affected elderly population and the high mortality rate. Recent controlled studies have indicated that potent topical corticosteroids constitute a more effective therapy for BP when compared to oral corticosteroids in terms of control of the disease, side effect profile and overall survival. Other therapies have been employed with varying success, but are not validated yet. Improved knowledge of the pathophysiology of BP will hopefully allow the development of new immunomodulatory treatments for this debilitating disease.

Single-stranded DNA-binding proteins regulate the abundance of LIM domain and LIM domain-binding proteins.

The LIM domain-binding protein Ldb1 is an essential cofactor of LIM-homeodomain (LIM-HD) and LIM-only (LMO) proteins in development. The stoichiometry of Ldb1, LIM-HD, and LMO proteins is tightly controlled in the cell and is likely a critical determinant of their biological actions. Single-stranded DNA-binding proteins (SSBPs) were recently shown to interact with Ldb1 and are also important in developmental programs. We establish here that two mammalian SSBPs, SSBP2 and SSBP3, contribute to an erythroid DNA-binding complex that contains the transcription factors Tal1 and GATA-1, the LIM domain protein Lmo2, and Ldb1 and binds a bipartite E-box-GATA DNA sequence motif. In addition, SSBP2 was found to augment transcription of the Protein 4.2 (P4.2) gene, a direct target of the E-box-GATA-binding complex, in an Ldb1-dependent manner and to increase endogenous Ldb1 and Lmo2 protein levels, E-box-GATA DNA-binding activity, and P4.2 and beta-globin expression in erythroid progenitors. Finally, SSBP2 was demonstrated to inhibit Ldb1 and Lmo2 interaction with the E3 ubiquitin ligase RLIM, prevent RLIM-mediated Ldb1 ubiquitination, and protect Ldb1 and Lmo2 from proteasomal degradation. These results define a novel biochemical function for SSBPs in regulating the abundance of LIM domain and LIM domain-binding proteins.

DOUBLE-STRAND BREAK REPAIR PATHWAYS IN DNA STRUCTURE-INDUCED GENETIC INSTABILITY

Genetic instability in mammalian cells can occur by many different mechanisms. In the absence of exogenous sources of DNA damage, the DNA structure itself has been implicated in genetic instability. When the canonical B-DNA helix is naturally altered to form a non-canonical DNA structure such as a Z-DNA or H-DNA, this can lead to genetic instability in the form of DNA double-strand breaks (DSBs) (1, 2). Our laboratory found that the stability of these non-B DNA structures was different in mammals versus Escherichia coli (E.coli) bacteria (1, 2). One explanation for the difference between these species may be a result of how DSBs are repaired within each species. Non-homologous end-joining (NHEJ) is primed to repair DSBs in mammalian cells, while bacteria that lack NHEJ (such as E.coli), utilize homologous recombination (HR) to repair DSBs. To investigate the role of the error-prone NHEJ repair pathway in DNA structure-induced genetic instability, E.coli cells were modified to express genes to allow for a functional NHEJ system under different HR backgrounds. The Mycobacterium tuberculosis NHEJ sufficient system is composed of Ku and Ligase D (LigD) (3). These inducible NHEJ components were expressed individually and together in E.coli cells, with or without functional HR (RecA/RecB), and the Z-DNA and H-DNA-induced mutations were characterized. The Z-DNA structure gave rise to higher mutation frequencies compared to the controls, regardless of the DSB repair pathway(s) available; however, the type of mutants produced after repair was greatly dictated on the available DSB repair system, indicated by the shift from 2% large-scale deletions in the total mutant population to 24% large-scale deletions when NHEJ was present (4). This suggests that NHEJ has a role in the large deletions induced by Z-DNA-forming sequences. H-DNA structure, however, did not exhibit an increase in mutagenesis in the newly engineered E.coli environment, suggesting the involvement of other factors in regulating H-DNA formation/stability in bacterial cells. Accurate repair by established DNA DSB repair pathways is essential to maintain the stability of eukaryotic and prokaryotic genomes and our results suggest that an error-prone NHEJ pathway was involved in non-B DNA structure-induced mutagenesis in both prokaryotes and eukaryotes.