The Cochaperone BAG2 Sweeps Paired Helical Filament-Insoluble Tau from the Microtubule

Tau inclusions are a prominent feature of many neurodegenerative diseases including Alzheimer`s disease. Their accumulation in neurons as ubiquitinated filaments suggests a failure in the degradation limb of the Tau pathway. The components of a Tau protein triage system consisting of CHIP/Hsp70 and other chaperones have begun to emerge. However, the site of triage and the master regulatory elements are unknown. Here, we report an elegant mechanism of Tau degradation involving the cochaperone BAG2. The BAG2/Hsp70 complex is tethered to the microtubule and this complex can capture and deliver Tau to the proteasome for ubiquitin-independent degradation. This complex preferentially degrades Sarkosyl insoluble Tau and phosphorylated Tau. BAG2 levels in cells are under the physiological control of the microRNA miR-128a, which can tune paired helical filament Tau levels in neurons. Thus, we propose that ubiquitinated Tau inclusions arise due to shunting of Tau degradation toward a less efficient ubiquitin-dependent pathway.

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

Plasticity of the neoplastic phenotype in vivo is regulated by epigenetic factors

Age of host and transplantation-site microenvironment influence the tumorigenic potential of neoplastically transformed liver epithelial cells. Tumorigenic BAG2-GN6TF rat liver epithelial cells consistently form tumors at ectopic sites, but differentially express tumorigenicity or hepatocytic differentiation in the liver depending on host age and route of cell transplantation into the liver. Direct inoculation into host livers concentrates tumor cells locally, resulting in undifferentiated tumors near the transplantation site in both young (3-month-old) and old (18-month-old) rats. Transplantation-site tumors regress within 1 month in the livers of young rats, but grow progressively in old rats. However, inoculation of cells into the spleen distributes transplanted cells individually throughout the liver, resulting in hepatocytic differentiation by tumor cells with concomitant suppression of their tumorigenicity in young rats. When transplanted into livers of old rats by splenic inoculation, or when young hepatic-transplant recipients are allowed to age, hepatocytic progeny of BAG2-GN6TF cells proliferate to form foci, suggesting that the liver microenvironment of old rats incompletely regulates the proliferation and differentiation of tumor cell-derived hepatocytes. Upon removal from the liver, BAG2-GN6TF-derived hepatocytes revert to an undifferentiated, aggressively tumorigenic phenotype. We posit that the spectrum between normal differentiation and malignant potential of these cells reflects the dynamic interaction of the specific transformation-related genotype of the cells and the characteristics of the tissue microenvironment at the transplantation site. Changes in the tissue milieu, such as those that accompany normal aging, may determine the ability of a genetically aberrant cell to produce a tumor.