Étude du rôle des domaines structuraux et du motif de ciblage YXXO dans le transport intracellulaire et de l'activité fusogénique de la gp41 du VIH-1

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude du rôle des domaines structuraux et du motif de ciblage YXXO dans le transport intracellulaire et de l'activité fusogénique de la gp41 du VIH-1

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Trans-dominant inhibitory human immunodeficiency virus type 1 protease monomers prevent protease activation and virion maturation.

Production of infectious human immunodeficiency virus (HIV) requires proper polyprotein processing by the dimeric viral protease. The trans-dominant inhibitory activity of a defective protease monomer with the active site Asp-25 changed to Asn was measured by transient transfection. A proviral plasmid that included the drug-selectable Escherichia coli gpt gene was used to deliver the wild-type (wt) or mutant proteases to cultured cells. Coexpression of the wt proviral DNA (HIV-gpt) with increasing amounts of the mutant proviral DNA (HIV-gpt D25N) results in a concomitant decrease in proteolytic activity monitored by in vivo viral polyprotein processing. The viral particles resulting from inactivation of the protease were mostly immature, consisting predominantly of unprocessed p55gag and p160gag-pol polyproteins. In the presence of HIV-1 gp160 env, the number of secreted noninfectious particles correlated with the presence of increasing amounts of the defective protease. Greater than 97% reduction in infectivity was observed at a 1:6 ratio of wt to defective protease DNA. This provides an estimate of the level of inhibition required for effectively preventing virion processing. Stable expression of the defective protease in monkey cells reduced the yield of infectious particles from these cells by 90% upon transfection with the wt proviral DNA. These results show that defective subunits of the viral protease exert a trans-dominant inhibitory effect resulting from the formation of catalytically compromised heterodimers in vivo, ultimately yielding noninfectious viral particles.

Creation of a retinoblastoma mutant with dominant -negative activity

The Retinoblastoma tumor suppressor gene (RB) plays a role in a variety of human cancers. Experimental analyses have indicated that the protein product of the RB gene (pRb) plays a role in cell cycle regulation, and that this protein is required in cellular differentiation, senescence, and cell survival. pRb function is dependent on its ability to bind to cellular factors. There are multiple protein binding domains within pRb. Mutations within these domains which eliminate the ability of pRb to bind its targets result in loss of function. Loss of pRb function leads to tumorigenesis, although uncontrolled cellular proliferation is not a universal response to pRb inactivation. The ultimate response to the loss of pRb is influenced by both the genetic and epigenetic environments. Targeted disruption of RB in mice results in embryonic lethality, demonstrating the requirement for functional pRb in development. Close examination of various tissues from the embryos which lack wildtype RB shows problems in differentiation as well as showing induction of apoptosis. Although disruption of RB has provided useful information, complete inactivation of a gene precludes the possibility of discovering the functions that separate domains may have within the system. Creation of a dominant negative mutant by domain deletion whose phenotype is expressed in the presence of the wildtype may provide information about the intermediate functions of the protein. In addition, tissue specific targeting of a dominant negative mutant of pRb allows for comprehensive analysis of pRb function in organogenesis. In this thesis, a series of RB deletion mutants were created and tested for dominant negative activity as well as cellular localization. A tissue culture assay for dominant negative activity was developed which screens for the phenotype of apoptosis due to loss of pRb function. Two mutants from this series scored positive for dominant negative activity in this assay. The effect of these mutants within the assay environment can be explained by a model in which pRb acts as a facilitator of cell fate pathway decisions. ^

Rôle de la protéine DUSP5 dans l’autophagie des cardiomyocytes

Résumé: L’autophagie est un processus essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire. Elle permet de dégrader et recycler aussi bien des organelles entières que des composants cytoplasmiques non fonctionnels. De plus, l’augmentation d’autophagie en condition de stress constitue une réponse adaptative favorisant la survie cellulaire. Chez les cardiomyocytes, l’autophagie en condition basale est indispensable au renouvellement, entre autres, des mitochondries et des protéines formant les sarcomères. De plus, les stress tels l’ischémie cardiaque ou la carence en nutriments induisent une augmentation de l’autophagie protectrice. Dans certaines conditions extrêmes, il a été suggéré qu’un surcroît d’autophagie puisse toutefois exacerber la pathologie cardiaque en provoquant la mort des cardiomyocytes. Considérant l’importance de ce processus dans la physiopathologie cardiaque, l’identification des mécanismes signalétiques régulant l’autophagie chez les cardiomyocytes a été le sujet de recherches intenses. À cet effet, l’activation des Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) a été démontrée pour réguler, avec d’autres voies signalétiques, l’autophagie et l’apoptose des cardiomyocytes. Il est donc probable que les Dual-Specificity Phosphatase (DUSP), enzymes clés contrôlant l’activité des MAPK, participent aussi à la régulation de l’autophagie. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons induit l’autophagie chez des cardiomyocytes isolés de rats nouveau-nés en culture. L’analyse de marqueurs d’autophagie par immunobuvardage démontre que l’activation des MAPK ERK1/2 et p38 corrèle avec l’activité autophagique chez les cardiomyocytes. Dans ces conditions, la diminution d’expression de la majorité des ARNm encodant les différentes DUSP retrouvées chez les cardiomyocytes contraste de façon marquée avec l’augmentation d’expression de l’ARNm Dusp5. De plus, nous avons démontré par une étude de gain de fonction que l’activation soutenue de p38 par surexpression d’un mutant MKK6 constitutivement actif stimule l’autophagie chez les cardiomyocytes. De façon surprenante, la perte de fonction de p38 obtenue par surexpression d’un mutant p38 dominant négatif n’altère en rien la réponse autophagique initiatrice dans notre modèle in vitro. Nos résultats suggèrent que les DUSP puissent réguler, via leurs actions sur les MAPK, d’importantes étapes du processus autophagique chez les cardiomyocytes.

A dominant-negative mutant of human poly(ADP-ribose) polymerase affects cell recovery, apoptosis, and sister chromatid exchange following DNA damage.

Poly(ADP-ribose) polymerase [PARP; NAD+ ADP-ribosyltransferase; NAD+:poly(adenosine-diphosphate-D-ribosyl)-acceptor ADP-D-ribosyltransferase, EC 2.4.2.30] is a zinc-dependent eukaryotic DNA-binding protein that specifically recognizes DNA strand breaks produced by various genotoxic agents. To study the biological function of this enzyme, we have established stable HeLa cell lines that constitutively produce the 46-kDa DNA-binding domain of human PARP (PARP-DBD), leading to the trans-dominant inhibition of resident PARP activity. As a control, a cell line was constructed, producing a point-mutated version of the DBD, which has no affinity for DNA in vitro. Expression of the PARP-DBD had only a slight effect on undamaged cells but had drastic consequences for cells treated with genotoxic agents. Exposure of cell lines expressing the wild-type (wt) or the mutated PARP-DBD, with low doses of N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) resulted in an increase in their doubling time, a G2 + M accumulation, and a marked reduction in cell survival. However, UVC irradiation had no preferential effect on the cell growth or viability of cell lines expressing the PARP-DBD. These PARP-DBD-expressing cells treated with MNNG presented the characteristic nucleosomal DNA ladder, one of the hallmarks of cell death by apoptosis. Moreover, these cells exhibited chromosomal instability as demonstrated by higher frequencies of both spontaneous and MNNG-induced sister chromatid exchanges. Surprisingly, the line producing the mutated DBD had the same behavior as those producing the wt DBD, indicating that the mechanism of action of the dominant-negative mutant involves more than its DNA-binding function. Altogether, these results strongly suggest that PARP is an element of the G2 checkpoint in mammalian cells.

Tissue-specific Expression of Dominant Negative Mutant Drosophila HSC70 Causes Developmental Defects and Lethality

The Drosophila melanogaster HSC3 and HSC4 genes encode Hsc70 proteins homologous to the mammalian endoplasmic reticulum (ER) protein BiP and the cytoplasmic clathrin uncoating ATPase, respectively. These proteins possess ATP binding/hydrolysis activities that mediate their ability to aid in protein folding by coordinating the sequential binding and release of misfolded proteins. To investigate the roles of HSC3 (Hsc3p) and HSC4 (Hsc4p) proteins during development, GAL4-targeted gene expression was used to analyze the effects of producing dominant negatively acting Hsc3p (D231S, K97S) and Hsc4p (D206S, K71S) proteins, containing single amino acid substitutions in their ATP-binding domains, in specific tissues of Drosophila throughout development. We show that the production of each mutant protein results in lethality over a range of developmental stages, depending on the levels of protein produced and which tissues are targeted. We demonstrate that the functions of both Hsc3p and Hsc4p are required for proper tissue establishment and maintenance. Production of mutant Hsc4p, but not Hsc3p, results in induction of the stress-inducible Hsp70 at normal temperatures. Evidence is presented that lethality is caused by tissue-specific defects that result from a global accumulation of misfolded protein caused by lack of functional Hsc70. We show that both mutant Hsc3ps are defective in ATP-induced substrate release, although Hsc3p(D231S) does undergo an ATP-induced conformational change. We believe that the amino acid substitutions in Hsc3p interfere with the structural coupling of ATP binding to substrate release, and this defect is the basis for the mutant proteins’ dominant negative effects in vivo.

Étude du rôle de la tyrosine kinase Src dans la régulation de la signalisation des récepteurs opioïdes delta (∆OR)

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces mais leur utilisation est limitée par la tolérance, un processus lié en partie à la désensibilisation des récepteurs. Le rôle de la présente étude était de mieux caractériser le processus de désensibilisation des récepteurs et plus particulièrement, d’étudier le rôle de la tyrosine kinase Src sur la régulation de la signalisation des récepteurs delta opioïdes. Nos résultats démontrent que l’inhibition pharmacologique avec PP2 (à faible concentration : 20- 40µM) ou encore l’inhibition moléculaire de la kinase avec de faibles concentrations d’ADN d’un mutant dominant inactif de Src (0,2µg/ml) potentialise l’amplitude et la durée de l’activation de la cascade ERK lorsqu’un agoniste, DPDPE (1µM; 5 min), se lie aux récepteurs. Nous avons également démontré que de fortes concentrations d’inhibiteurs de Src (80 et 100µM de PP2 ou 1µg/ml d’ADN du mutant dominant négatif) bloquent la cascade des MAPK suivant la stimulation de DOR par l’agoniste DPDPE. Ces observations indiquent que Src a un effet biphasique sur l’activité de ERK : l’inhibition complète de Src inhibe l’activité de la cascade MAPK alors qu’une inhibition modérée potentialise cette même cascade. Nous pensons aussi que de fortes concentrations des bloqueurs de Src interfèrent avec l’activation de ERK alors que de faibles concentrations interfèrent avec la désensibilisation des récepteurs. Cette possibilité a été testée à l’aide d’essais d’accumulation d’AMPc qui visaient à évaluer l’effet des bloqueurs de Src (PP2, 20 µM; 1h) sur la désensibilisation induite par un agoniste. L'activation de DOR par DPDPE inhibe la production d’AMPc, préalablement stimulée par du forskolin, de façon dose-dépendante. Le maximum d'inhibition observé est de 61%, mais lors d’un prétraitement au DPDPE (1 µM, 30 min) l’inhibition maximale est réduite à 72% de l’inhibition initiale observée. Cependant, un prétraitement des cellules au PP2 (20µM pendant 1 heure) avant d’effectuer la désensibilisation protège contre cette désensibilisation. L’effet protecteur des bloqueurs de Src n’entraîne pas de changement au niveau de l’internalisation des DOR mais l’altération de leur internalisation via un mutant tronqué du DOR ou via un milieu sucré hypertonique (0.4M de saccharose) réduit cette protection. Ces données suggèrent alors que l’internalisation optimale du récepteur est nécessaire pour que l’effet protecteur prenne place. Nous concluons donc que Src contribue à la désensibilisation de DOR après que l’internalisation du DOR soit survenue.

Implication de l'endosome de recyclage dans la migration cellulaire in vivo

Au cours de l’ovogenèse chez la mouche du vinaigre: Drosophila melanogaster, un groupe de cellules folliculaires appelées cellules de bord, migrent à travers les cellules nourricières pour atteindre l’ovocyte. Cet événement, nécessitant la transition épithélio- mésenchymateuse (TEM), la réorientation, puis l’arrêt, ressemble à la formation de métastases. L’endocytose est un régulateur clé de plusieurs événements polarisés, y compris la migration cellulaire. En effet, différentes protéines impliquées dans la migration, comme les intégrines et les E-cadhérines (cadhérines épithéliales), sont régulées par transport à travers les endosomes. De même, l’endocytose restreint au front de migration l’activité des récepteurs tyrosine kinases (RTKs) qui guident les cellules de bord dans leur mouvement. Cependant les mécanismes moléculaires de cette restriction spatiale de l’activité des RTKs demeurent largement inconnus. Nous avons testé l’implication du trafic vésiculaire à travers la machinerie d’endocytose, dans la migration dirigée des cellules de bord, car ce système est facilement accessible pour l’expression de protéines et l’analyse de mutants. Nous avons commencé par confirmer une observation précédente du rôle de l’endosome précoce dans la migration des cellules de bord. Ensuite, nous avons identifié l’endosome de recyclage (ER) comme un régulateur clé de cette migration. En effet, nous avons démontré que l’expression dans les cellules de bord d’une forme dominante négative de Rab11, la petite GTPase régulant le transport vésiculaire à travers l’ER, bloque la migration ou entraîne de sévères défauts de migration dans environ 80% des chambres d’œufs examinées. De plus, nous observons par immunofluorescence une relocalisation de l’activité des RTKs alors que d’autres protéines de migration ne sont pas affectées par Rab11 dominant négatif. Ce résultat a été par la suite confirmé par une interaction génétique entre Rab11 et les RTKs. D’autre part, nous avons montré que le complexe exocyste, un effecteur de Rab11, est impliqué dans la migration des cellules de bord. Nous avons trouvé par microscopie confocale en tissu fixé et par microscopie en temps réel que Sec15, un composant de ce complexe, est polarisé, de façon Rab11- dépendante, dans des vésicules qui s’accumulent au front de migration tout au long du mouvement des cellules de bord. De plus, la perte de l’activité de Sec15 perturbe à son tour la migration. Ainsi, toutes ces données démontrent le rôle fondamental d’un cycle d’endo- exocytose dans le maintien des RTKs actifs au niveau du front de migration des cellules de bord le long de leur mouvement.

Identification de nouveaux partenaires protéiques des récepteurs couplés aux protéines G contrôlant leur transport du reticulum endoplasmique à la membrane plasmique

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) forment la plus grande et la plus diversifiée des familles de protéines localisées à la surface cellulaire et responsables de la transmission de signaux à l’intérieur des cellules. D’intenses recherches effectuées au cours des trente dernières années ont mené à l’identification de dizaines de protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant la signalisation, la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation de ces importantes cibles pharmacologiques. Contrairement aux processus régulant l’activité des récepteurs à partir de la membrane plasmique, les mécanismes moléculaires contrôlant la biosynthèse des RCPGs dans le reticulum endoplasmique (RE) et leur transport jusqu’à la surface cellulaire sont très peu caractérisés. Une meilleure compréhension de ces processus nécessite l’identification de la machinerie protéique responsable de la maturation des RCPGs. Un crible protéomique basé sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), qui permet la mesure d’interactions protéiques dans les cellules vivantes, a mené à l’identification de plusieurs nouvelles protéines localisées dans la voie de sécrétion et interagissant potentiellement avec les RCPGs. Ces protéines étant localisées dans les compartiments cellulaires (reticulum endoplasmique et appareil de Golgi) responsables de la synthèse, du repliement adéquat et du transport à la membrane plasmique des récepteurs, il est très probable qu’elles soient impliquées dans le contrôle de l’expression des RCPGs à la surface cellulaire. La caractérisation de l’homologue humain de cornichon 4 (CNIH4), un nouvel intéracteur des RCPGs identifié dans le crible, a démontré que cette protéine localisée dans les compartiments précoces de la voie de sécrétion (RE et ERGIC) interagit de façon sélective avec les RCPGs. De plus, la suppression de l’expression endogène de cette protéine préalablement non-caractérisée, diminue le transport à la membrane plasmique d’un récepteur, indiquant que CNIH4 influence positivement l’export des RCPGs du RE. Ceci est supporté par l’observation que la surexpression de CNIH4 à de faibles niveaux favorise la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE. Nous avons également pu démontrer que CNIH4 est associée à la protéine Sec23, une des composantes de l’enveloppe des vésicules COPII qui sont responsables du transport des protéines du RE vers le Golgi, suggérant que CNIH4 pourrait favoriser le recrutement des récepteurs dans ces vésicules. La surexpression de CNIH4 à de très hauts niveaux provoque également la rétention intracellulaire des récepteurs. Cet effet dominant négatif pourrait être causé par la titration d’un autre facteur d’export des RCPGs. Une deuxième étude a permis de révéler que la protéine transmembranaire 9 (TMEM9), un nouvel intéracteur des RCPGs également identifié dans le crible, interagit sélectivement avec les récepteurs et avec CNIH4. La surexpression de cette protéine aux fonctions précédemment inconnues, rétablit le transport normal d’un récepteur en présence de CNIH4 surexprimée. De plus, la co-expression de TMEM9 potentialise la capacité de CNIH4 à augmenter la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE, suggérant que ces deux protéines forment un complexe régulant la maturation des RCPGs. Au cours de cette thèse, de nouvelles protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant leur expression à la membrane plasmique ont donc été identifiées, permettant une meilleure compréhension des mécanismes régulant le transport des récepteurs du RE à la surface cellulaire.

Chromosomal control of the dominant suppression of {\it ras\/}-mediated transformation

The role of tumor suppressor function in the multistep process of carcinogenesis was studied in the human teratocarcinoma cell line PA-1. Early passage PA-1 cells ($<$P100) are preneoplastic while late passage ($>$P100) PA-1 cells are spontaneously transformed. Previous work demonstrated a causal role for the N-ras oncogene in the neoplastic transformation of this cell line and the gene was cloned. A clonal cell line established at passage 40 has been shown to suppress the neoplastic transformation potential of the PA-1 N-ras oncogene in gene transfer experiments. This phenotype has been termed SRT+ for suppression of ras transformation. A clonal cell line established at passage 63 is neoplastically transformed by the N-ras in similar gene transfer experiments and is regarded as srt$-$. Somatic cell hybrids were formed between the SRT+ cell and two different N-ras transformed srt$-$ cells. The results indicate that five of the seven independent hybrid clones, and all 14 subclones, failed to form tumors in the nude mouse tumor assay. Chromosomal analysis of rare neoplastic segregants which arose from suppressed hybrid populations demonstrate that the general loss of chromosomes correlates with the reemergence of neoplastic transformation. Karyotype analyses demonstrate a statistically correlative loss of chromosomes 1, 4, 19, and to a lesser extent 11, 14, and 16. DNA hybridization analysis demonstrates a single copy of the intact N-ras oncogene in parental cells, suppressed hybrids, and neoplastically transformed hybrids. These results indicate that functional ras transformation suppression is a trans-dominant trait which may be controlled by sequences residing on particular chromosomes in the human genome. Furthermore, the suppression of ras transformation results from a unique step in the multistep process of carcinogenesis that is different from the induction of immortality. Thus, the neoplastic process of the PA-1 cell line involves at least three steps: (1) induction of immortality, (2) activation of the N-ras oncogene, and (3) loss of tumor suppressor function. ^

The active oligomeric state of the minimalistic influenza virus M2 ion channel is a tetramer

The influenza A virus M2 integral membrane protein is an ion channel that permits protons to enter virus particles during uncoating of virions in endosomes and also modulates the pH of the trans-Golgi network in virus-infected cells. The M2 protein is a homo-oligomer of 97 residues, and analysis by chemical cross-linking and SDS/PAGE indicates M2 forms a tetramer. However, a higher order molecular form is sometimes observed and, thus, it is necessary to determine the active form of the molecule. This was done by studying the currents of oocytes that expressed mixtures of the wild-type M2 protein (epitope tagged) and the mutant protein M2-V27S, which is resistant to the inhibitor amantadine. The composition of mixed oligomers of the two proteins expressed at the plasma membrane of individual oocytes was quantified after antibody capture of the cell surface expressed molecules and it was found that the subunits mixed freely. When the ratio of wild-type to mutant protein subunits was 0.85:0.15, the amantadine sensitivity was reduced to 50% and for a ratio of 0.71:0.29 to 20%. These results are consistent with the amantadine-resistant mutant being dominant and the oligomeric state being a tetramer.

Funktionelle Analyse der onkologisch relevanten Protease Threonin-Aspartase 1

Krebs stellt eine der häufigsten Todesursachen in Europa dar. Grundlage für eine langfristige Verbesserung des Behandlungserfolgs ist ein molekulares Verständnis der Mechanismen, welche zur Krankheitsentstehung beitragen. In diesem Zusammenhang spielen Proteasen nicht nur eine wichtige Rolle, sondern stellen auch bei vielerlei Erkrankungen bereits anerkannte Zielstrukturen derzeitiger Behandlungsstrategien dar. Die Protease Threonin Aspartase 1 (Taspase1) spielt eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung von Mixed Lineage Leukemia (MLL)-Fusionsproteinen und somit bei der Entstehung aggressiver Leukämien. Aktuelle Arbeiten unterstreichen zudem die onkologische Relevanz von Taspase1 auch für solide Tumore. Die Kenntnisse über die molekularen Mechanismen und Signalnetzwerke, welche für die (patho)biologischen Funktionen von Taspase1 verantwortlich sind, stellen sich allerdings noch immer als bruchstückhaft dar. Um diese bestehenden Wissenslücken zu schließen, sollten im Rahmen der Arbeit neue Strategien zur Inhibition von Taspase1 erarbeitet und bewertet werden. Zusätzlich sollten neue Einsichten in evolutionären Funktionsmechanismen sowie eine weitergehende Feinregulation von Taspase1 erlangt werden. Zum einen erlaubte die Etablierung und Anwendung eines zellbasierten Taspase1-Testsystem, chemische Verbindungen auf deren inhibitorische Aktivität zu testen. Überraschenderweise belegten solch zelluläre Analysen in Kombination mit in silico-Modellierungen eindeutig, dass ein in der Literatur postulierter Inhibitor in lebenden Tumorzellen keine spezifische Wirksamkeit gegenüber Taspase1 zeigte. Als mögliche Alternative wurden darüber hinaus Ansätze zur genetischen Inhibition evaluiert. Obwohl publizierte Studien Taspase1 als ααββ-Heterodimer beschreiben, konnte durch Überexpression katalytisch inaktiver Mutanten kein trans-dominant negativer Effekt und damit auch keine Inhibition des wildtypischen Enzyms beobachtet werden. Weiterführende zellbiologische und biochemische Analysen belegten erstmalig, dass Taspase1 in lebenden Zellen in der Tat hauptsächlich als Monomer und nicht als Dimer vorliegt. Die Identifizierung evolutionär konservierter bzw. divergenter Funktionsmechanismen lieferte bereits in der Vergangenheit wichtige Hinweise zur Inhibition verschiedenster krebsrelevanter Proteine. Da in Drosophila melanogaster die Existenz und funktionelle Konservierung eines Taspase1-Homologs postuliert wurde, wurde in einem weiteren Teil der vorliegenden Arbeit die evolutionäre Entwicklung der Drosophila Taspase1 (dTaspase1) untersucht. Obwohl Taspase1 als eine evolutionär stark konservierte Protease gilt, konnten wichtige Unterschiede zwischen beiden Orthologen festgestellt werden. Neben einem konservierten autokatalytischen Aktivierungsmechanismus besitzt dTaspase1 verglichen mit dem humanen Enzym eine flexiblere Substraterkennungs-sequenz, was zu einer Vergrößerung des Drosophila-spezifischen Degradoms führt. Diese Ergebnisse zeigen des Weiteren, dass zur Definition und Vorhersage des Degradoms nicht nur proteomische sondern auch zellbiologische und bioinformatische Untersuchungen geeignet und notwendig sind. Interessanterweise ist die differentielle Regulation der dTaspase1-Aktivität zudem auf eine veränderte intrazelluläre Lokalisation zurückzuführen. Das Fehlen von in Vertebraten hochkonservierten aktiven Kernimport- und nukleolären Lokalisationssignalen erklärt, weshalb dTaspase1 weniger effizient nukleäre Substrate prozessiert. Somit scheint die für die humane Taspase1 beschriebene Regulation von Lokalisation und Aktivität über eine Importin-α/NPM1-Achse erst im Laufe der Entwicklung der Vertebraten entstanden zu sein. Es konnte also ein bislang unbekanntes evolutionäres Prinzip identifiziert werden, über welches eine Protease einen Transport- bzw. Lokalisations-basierten Mechanismus zur Feinregulation ihrer Aktivität „von der Fliege zum Menschen“ nutzt. Eine weitere Möglichkeit zur dynamischen Funktionsmodulation bieten post-translationale Modifikationen (PTMs) der Proteinsequenz, zu welcher Phosphorylierung und Acetylierung zählen. Interessanterweise konnte für die humane Taspase1 über den Einsatz unabhängiger Methoden einschließlich massenspektrometrischer Analysen eine Acetylierung durch verschiedene Histon-Acetyltransferasen (HATs) nachgewiesen werden. Diese Modifikation erfolgt reversibel, wobei vor allem die Histon-Deacetylase HDAC1 durch Interaktion mit Taspase1 die Deacetylierung der Protease katalysiert. Während Taspase1 in ihrer aktiven Konformation acetyliert vorliegt, kommt es nach Deacetylierung zu einer Reduktion ihrer enzymatischen Aktivität. Somit scheint die Modulation der Taspase1-Aktivität nicht allein über intra-proteolytische Autoaktivierung, Transport- und Interaktionsmechanismen, sondern zudem durch post-translationale Modifikationen gesteuert zu werden. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit entscheidende neue Einblicke in die (patho)biologische Funktion und Feinregulation der Taspase1 gewonnen werden. Diese Ergebnisse stellen nicht nur einen wichtigen Schritt in Richtung eines verbesserten Verständnis der „Taspase1-Biologie“, sondern auch zur erfolgreichen Inhibition und Bewertung der krebsrelevanten Funktion dieser Protease dar.

p53-dependent regulation of MDR1 gene expression causes selective resistance to chemotherapeutic agents

Loss of functional p53 paradoxically results in either increased or decreased resistance to chemotherapeutic drugs. The inconsistent relationship between p53 status and drug sensitivity may reflect p53’s selective regulation of genes important to cytotoxic response of chemotherapeutic agents. We reasoned that the discrepant effects of p53 on chemotherapeutic cytotoxicity is due to p53-dependent regulation of the multidrug resistance gene (MDR1) expression in tumors that normally express MDR1. To test the hypothesis that wild-type p53 regulates the endogenous mdr1 gene we stably introduced a trans-dominant negative (TDN) p53 into rodent H35 hepatoma cells that express P-glycoprotein (Pgp) and have wild-type p53. Levels of Pgp and mdr1a mRNA were markedly elevated in cells expressing TDN p53 and were linked to impaired p53 function (both transactivation and transrepression) in these cells. Enhanced mdr1a gene expression in the TDN p53 cells was not secondary to mdr1 gene amplification and Pgp was functional as demonstrated by the decreased uptake of vinblastine. Cytotoxicity assays revealed that the TDN p53 cell lines were selectively insensitive to Pgp substrates. Sensitivity was restored by the Pgp inhibitor reserpine, demonstrating that only drug retention was the basis for loss of drug sensitivity. Similar findings were evident in human LS180 colon carcinoma cells engineered to overexpress TDN p53. Therefore, the p53 inactivation seen in cancers likely leads to selective resistance to chemotherapeutic agents because of up-regulation of MDR1 expression.

CrkII signals from epidermal growth factor receptor to Ras.

A rat fibroblast mutant defective in oncogenic transformation and signaling from epidermal growth factor receptor to Ras has been isolated. The mutant contains dominant negative-type point mutations in the C-terminal SH3 domain of one crkII gene. Among the adapters tested, the mutant is complemented only by crkII cDNA. Expression of the mutated crkII in parent cells generates the phenotype indistinguishable from the mutant cell. Yet overexpression or reduced expression of Grb2 in the mutant before and after complementation with crkII have little effect on its phenotype. We conclude that adapter molecules are highly specific and that the oncogenic growth signal from epidermal growth factor receptor to Ras is predominantly mediated by CrkII in rat fibroblast.