Pontin52, an interaction partner of β-catenin, binds to the TATA box binding protein

β-catenin, the vertebrate homolog of the Drosophila Armadillo protein, has been shown to have dual cellular functions, as a component of both the cadherin-catenin cell adhesion complex and the Wnt signaling pathway. At Wnt signaling, β-catenin becomes stabilized in the cytoplasm and subsequently available for interaction with transcription factors of the lymphocyte enhancer factor-1/T-cell factor family, resulting in a nuclear localization of β-catenin. Although β-catenin does not bind DNA directly, its carboxyl- and amino-terminal regions exhibit a transactivating activity still not well understood molecularly. Here we report the identification of an interaction partner of β-catenin, a nuclear protein designated Pontin52. Pontin52 binds β-catenin in the region of Armadillo repeats 2–5 and, more importantly, also binds the TATA box binding protein. We provide evidence for an in vivo multiprotein complex composed of Pontin52, β-catenin, and lymphocyte enhancer factor-1/T-cell factor. Our results suggest involvement of Pontin52 in the nuclear function of β-catenin.

Carma1, a CARD-containing binding partner of Bcl10, induces Bcl10 phosphorylation and NF-kappaB activation.

Bcl10, a caspase recruitment domain (CARD)-containing protein identified from a breakpoint in mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) B lymphomas, is essential for antigen-receptor-mediated nuclear factor kappaB (NF-kappaB) activation in lymphocytes. We have identified a novel CARD-containing protein and interaction partner of Bcl10, named Carma1. Carma1 is predominantly expressed in lymphocytes and represents a new member of the membrane-associated guanylate kinase family. Carma1 binds Bcl10 via its CARD motif and induces translocation of Bcl10 from the cytoplasm into perinuclear structures. Moreover, expression of Carma1 induces phosphorylation of Bcl10 and activation of the transcription factor NF-kappaB. We propose that Carma1 is a crucial component of a novel Bcl10-dependent signaling pathway in T-cells that leads to the activation of NF-kappaB.

Identification of Novel Interaction between ADAM17 (a Disintegrin and Metalloprotease 17) and Thioredoxin-1

ADAM17, which is also known as TNF alpha-converting enzyme, is the major sheddase for the EGF receptor ligands and is considered to be one of the main proteases responsible for the ectodomain shedding of surface proteins. How a membrane-anchored proteinase with an extracellular catalytic domain can be activated by inside-out regulation is not completely understood. We characterized thioredoxin-1 (Trx-1) as a partner of the ADAM17 cytoplasmic domain that could be involved in the regulation of ADAM17 activity. We induced the overexpression of the ADAM17 cytoplasmic domain in HEK293 cells, and ligands able to bind this domain were identified by MS after protein immunoprecipitation. Trx-1 was also validated as a ligand of the ADAM17 cytoplasmic domain and full-length ADAM17 recombinant proteins by immunoblotting, immunolocalization, and solid phase binding assay. In addition, using nuclear magnetic resonance, it was shown in vitro that the titration of the ADAM17 cytoplasmic domain promotes changes in the conformation of Trx-1. The MS analysis of the cross-linked complexes showed cross-linking between the two proteins by lysine residues. To further evaluate the functional role of Trx-1, we used a heparin-binding EGF shedding cell model and observed that the overexpression of Trx-1 in HEK293 cells could decrease the activity of ADAM17, activated by either phorbol 12-myristate 13-acetate or EGF. This study identifies Trx-1 as a novel interaction partner of the ADAM17 cytoplasmic domain and suggests that Trx-1 is a potential candidate that could be involved in ADAM17 activity regulation.

Phosphoinositide 3-kinase C2β regulates RhoA and the actin cytoskeleton through an interaction with Dbl

The regulation of cell morphology is a dynamic process under the control of multiple protein complexes acting in a coordinated manner. Phosphoinositide 3-kinases (PI3K) and their lipid products are widely involved in cytoskeletal regulation by interacting with proteins regulating RhoGTPases. Class II PI3K isoforms have been implicated in the regulation of the actin cytoskeleton, although their exact role and mechanism of action remain to be established. In this report, we have identified Dbl, a Rho family guanine nucleotide exchange factor (RhoGEF) as an interaction partner of PI3KC2β. Dbl was co-immunoprecipitated with PI3KC2β in NIH3T3 cells and cancer cell lines. Over-expression of Class II phosphoinositide 3-kinase PI3KC2β in NIH3T3 fibroblasts led to increased stress fibres formation and cell spreading. Accordingly, we found high basal RhoA activity and increased serum response factor (SRF) activation downstream of RhoA upon serum stimulation. In contrast, the dominant-negative form of PI3KC2β strongly reduced cell spreading and stress fibres formation, as well as SRF response. Platelet-derived growth factor (PDGF) stimulation of wild-type PI3KC2β over-expressing NIH3T3 cells strongly increased Rac and c-Jun N-terminal kinase (JNK) activation, but failed to show similar effect in the cells with the dominant-negative enzyme. Interestingly, epidermal growth factor (EGF) and PDGF stimulation led to increased extracellular signal-regulated kinase (Erk) and Akt pathway activation in cells with elevated wild-type PI3KC2β expression. Furthermore, increased expression of PI3KC2β protected NIH3T3 from detachment-dependent death (anoikis) in a RhoA-dependent manner. Taken together, these findings suggest that PI3KC2β modulates the cell morphology and survival through a specific interaction with Dbl and the activation of RhoA.

Learning Two-Person Interaction Models for Responsive Synthetic Humanoids

Imitation learning is a promising approach for generating life-like behaviors of virtual humans and humanoid robots. So far, however, imitation learning has been mostly restricted to single agent settings where observed motions are adapted to new environment conditions but not to the dynamic behavior of interaction partners. In this paper, we introduce a new imitation learning approach that is based on the simultaneous motion capture of two human interaction partners. From the observed interactions, low-dimensional motion models are extracted and a mapping between these motion models is learned. This interaction model allows the real-time generation of agent behaviors that are responsive to the body movements of an interaction partner. The interaction model can be applied both to the animation of virtual characters as well as to the behavior generation for humanoid robots.

The human formin-binding protein 17 (FBP17) interacts with sorting nexin, SNX2, and is an MLL-fusion partner in acute myelogeneous leukemia

We have cloned a fusion partner of the MLL gene at 11q23 and identified it as the gene encoding the human formin-binding protein 17, FBP17. It maps to chromosome 9q34 centromeric to ABL. The gene fusion results from a complex chromosome rearrangement that was resolved by fluorescence in situ hybridization with various probes on chromosomes 9 and 11 as an ins(11;9)(q23;q34)inv(11)(q13q23). The rearrangement resulted in a 5′-MLL/FBP17-3′ fusion mRNA. We retrovirally transduced murine-myeloid progenitor cells with MLL/FBP17 to test its transforming ability. In contrast to MLL/ENL, MLL/ELL and other MLL-fusion genes, MLL/FBP17 did not give a positive readout in a serial replating assay. Therefore, we assume that additional cooperating genetic abnormalities might be needed to establish a full malignant phenotype. FBP17 consists of a C-terminal Src homology 3 domain and an N-terminal region that is homologous to the cell division cycle protein, cdc15, a regulator of the actin cytoskeleton in Schizosaccharomyces pombe. Both domains are separated by a consensus Rho-binding motif that has been identified in different Rho-interaction partners such as Rhotekin and Rhophilin. We evaluated whether FBP17 and members of the Rho family interact in vivo with a yeast two-hybrid assay. None of the various Rho proteins tested, however, interacted with FBP17. We screened a human kidney library and identified a sorting nexin, SNX2, as a protein interaction partner of FBP17. These data provide a link between the epidermal growth factor receptor pathway and an MLL fusion protein.

A Draft of the Human Septin Interactome

Background: Septins belong to the GTPase superclass of proteins and have been functionally implicated in cytokinesis and the maintenance of cellular morphology. They are found in all eukaryotes, except in plants. In mammals, 14 septins have been described that can be divided into four groups. It has been shown that mammalian septins can engage in homo- and heterooligomeric assemblies, in the form of filaments, which have as a basic unit a hetero-trimeric core. In addition, it has been speculated that the septin filaments may serve as scaffolds for the recruitment of additional proteins. Methodology/Principal Findings: Here, we performed yeast two-hybrid screens with human septins 1-10, which include representatives of all four septin groups. Among the interactors detected, we found predominantly other septins, confirming the tendency of septins to engage in the formation of homo- and heteropolymeric filaments. Conclusions/Significance: If we take as reference the reported arrangement of the septins 2, 6 and 7 within the heterofilament, (7-6-2-2-6-7), we note that the majority of the observed interactions respect the ""group rule"", i.e. members of the same group (e. g. 6, 8, 10 and 11) can replace each other in the specific position along the heterofilament. Septins of the SEPT6 group preferentially interacted with septins of the SEPT2 group (p<0.001), SEPT3 group (p<0.001) and SEPT7 group (p<0.001). SEPT2 type septins preferentially interacted with septins of the SEPT6 group (p<0.001) aside from being the only septin group which interacted with members of its own group. Finally, septins of the SEPT3 group interacted preferentially with septins of the SEPT7 group (p<0.001). Furthermore, we found non-septin interactors which can be functionally attributed to a variety of different cellular activities, including: ubiquitin/sumoylation cycles, microtubular transport and motor activities, cell division and the cell cycle, cell motility, protein phosphorylation/signaling, endocytosis, and apoptosis.

Atrogin-1 and MuRF1 regulate cardiac MyBP-C levels via different mechanisms

Familial hypertrophic cardiomyopathy (FHC) is frequently caused by cardiac myosin-binding protein C (cMyBP-C) gene mutations, which should result in C-terminal truncated mutants. However, truncated mutants were not detected in myocardial tissue of FHC patients and were rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome system (UPS) after gene transfer in cardiac myocytes. Since the diversity and specificity of UPS regulation lie in E3 ubiquitin ligases, we investigated whether the muscle-specific E3 ligases atrogin-1 or muscle ring finger protein-1 (MuRF1) mediate degradation of truncated cMyBP-C. Human wild-type (WT) and truncated (M7t, resulting from a human mutation) cMyBP-C species were co-immunoprecipitated with atrogin-1 after adenoviral overexpression in cardiac myocytes, and WT-cMyBP-C was identified as an interaction partner of MuRF1 by yeast two-hybrid screens. Overexpression of atrogin-1 in cardiac myocytes decreased the protein level of M7t-cMyBP-C by 80% and left WT-cMyBP-C level unaffected. This was rescued by proteasome inhibition. In contrast, overexpression of MuRF1 in cardiac myocytes not only reduced the protein level of WT- and M7t-cMyBP-C by > 60%, but also the level of myosin heavy chains (MHCs) by > 40%, which were not rescued by proteasome inhibition. Both exogenous cMyBP-C and endogenous MHC mRNA levels were markedly reduced by MuRF1 overexpression. Similar to cardiac myocytes, MuRF1-overexpressing (TG) mice exhibited 40% lower levels of MHC mRNAs and proteins. Protein levels of cMyBP-C were 29% higher in MuRF1 knockout and 34% lower in TG than in WT, without a corresponding change in mRNA levels. These data suggest that atrogin-1 specifically targets truncated M7t-cMyBP-C, but not WT-cMyBP-C, for proteasomal degradation and that MuRF1 indirectly reduces cMyBP-C levels by regulating the transcription of MHC.

The role of Malt1 proteolytic activity in T cell activation and lymphoma development

Abstract Long term contact with pathogens induces an adaptive immune response, which is mainly mediated by T and B cells. Antigen-induced activation of T and B cells is an important event, since it facilitates the transition of harmless, low proliferative lymphocytes into powerful and fast expanding cells, which can, if deregulated, be extremely harmful and dangerous for the human body. One of the most important events during lymphocyte activation is the induction of NF-xB activity, a transcription factor that controls not only cytokine secretion, but also lymphocyte proliferation and survival. Recent discoveries identified the CBM complex as the central regulator of NF-xB activity in lymphocytes. The CBM complex consists of the three proteins Carma1, Bcl10 and Malt1, in which Carma1 serves as recruitment platform of the complex and Bcl10 as an adaptor to recruit Malt1 to this platform. But exactly how Malt1 activates NF-x6 is still poorly understood. We discovered that Malt1 is a protease, which cleaves its interaction partner Bcl10 upon T and B cell stimulation. We mapped the Bcl10 cleavage site by single point mutations as well as by a proteomics approach, and used this knowledge to design a fluorogenic Malt1 reporter peptide. With this tool were we able to the first time demonstrate proteolytic activity of Malt1 in vitro, using recombinant Malt1, and in stimulated T cells. Based on similarities to a metacaspase, we designed a Malt1inhibitor, which allowed unto investigate the role of Malt1 activity in T cells. Malt1-inhibited T cells showed a clear defect in NF-xB activity, resulting in impaired IL-2 cytokine secretion levels. We also found a new unexpected role for Bcl10; the blockade of Bcl10 cleavage resulted in a strongly impaired capability of stimulated T cells to adhere to the extracellular matrix protein fibronectin. Because of the central position of the C8M complex, it is not surprising that different lymphomas show abnormal expressions of Carma1, Bcl10 and Malt1. We investigated the role of Malt1 proteolytic activity in the most aggressive subtype of diffuse large B cell lymphomas called ABC, which was described to depend on the expression of Carmal, and frequently carries oncogenic Carmal mutations. We found constitutive high Malt1 activity in all tested ABC cell lines visualized by detection of cleavage products of Malt1 substrates. With the use of the Malt1-inhibitor, we could demonstrate that Malt-inhibition in those cells had two effects. First, the tumor cell proliferation was decreased, most likely because of lower autocrine stimulation by cytokines. Second, we could sensitize the ABC cells towards cell death, which is most likely caused by reduced expression of prosurvival NF-xB target gens. Taken together, we identified Malt1 as a protease in T and B cells, demonstrated its importance for NF-xB signaling and its deregulation in a subtype of diffuse large B cell lymphoma. This could allow the development of a new generation of immunomodulatory and anti-cancer drugs. Résumé Un contact prolongé avec des pathogènes provoque une réponse immunitaire adaptative qui dépend principalement des cellules T et 8. L'activation des lymphocytes T et B, suite à la reconnaissance d'un antigène, est un événement important puisqu'il facilite la transition pour ces cellules d'un état de prolifération limitée et inoffensive à une prolifération soutenue et rapide. Lorsque ce mécanisme est déréglé ìl peut devenir extrêmement nuisible et dangereux pour le corps humain. Un des événement les plus importants lors de l'activation des lymphocytes est l'induction du facteur de transcription NFxB, qui organise la sécrétion de cytokines ainsi que la prolifération et la survie des lymphocytes. Le complexe CBM, composé des trois protéines Carmai, Bc110 et Malt1, a été récemment identifié comme un régulateur central de l'activité de NF-x8 dans les lymphocytes. Carma1 sert de plateforme de recrutement pour ce complexe alors que Bc110 permet d'amener Malt1 dans cette plateforme. Cependant, le rôle exact de Malt1 dans l'activation de NF-tcB reste encore mal compris. Nous avons découvert que Malt1 est une protéase qui clive son partenaire d'interaction BcI10 après stimulation des cellules T et B. Nous avons identifié le site de clivage de BcI10 par une série de mutations ponctuelles ainsi que par une approche protéomique, ce qui nous a permis de fabriquer un peptide reporteur fluorogénique pour mesurer l'activité de Malt1. Grâce à cet outil, nous avons démontré pour la première fois l'activité protéolytique de Malt1 in vitro à l'aide de protéines Malt1 recombinantes ainsi que dans des cellules T stimulées. La ressemblance de Malt1 avec une métacaspase nous a permis de synthétiser un inhibiteur de Malt1 et d'étudier ainsi le rôle de l'activité de Malt1 dans les cellules T. L'inhibition de Malt1 dans les cellules T a révélé un net défaut de l'activité de NF-x8, ayant pour effet une sécrétion réduite de la cytokine IL-2. Nous avons également découvert un rôle inattendu pour Bcl10: en effet, bloquer le clivage de Bcl10 diminue fortement la capacité d'adhésion des cellules T stimulées à la protéine fïbronectine, un composant de la matrice extracellulaire. En raison de la position centrale du complexe CBM, il n'est pas étonnant que le niveau d'expression de Carmai, Bcl10 et Malt1 soit anormal dans plusieurs types de lymphomes. Nous avons examiné le rôle de l'activité protéolytique de Malt1 dans le sous-type le plus agressif des lymphomes B diffus à grandes cellules, appelé sous-type ABC. Ce sous-type de lymphomes dépend de l'expression de Carmai et présente souvent des mutations oncogéniques de Carma1. Nous avons démontré que l'activité de Malt1 était constitutivement élevée dans toutes les lignées cellulaires de type ABC testées, en mettant en évidence la présence de produits de clivage de différents substrats de Malt1. Enfin, l'utilisation de l'inhibiteur de Malt1 nous a permis de démontrer que l'inhibition de Malt1 avait deux effets. Premièrement, une diminution de la prolifération des cellules tumorales, probablement dûe à leur stimulation autocrine par des cytokines fortement réduite. Deuxièmement, une sensibilisation des cellules de type ABC à ia mort cellulaire, vraisemblablement causée par l'expression diminuée de gènes de survie dépendants de NF-tcB. En résumé, nous avons identifié Malt1 comme une protéase dans les cellules T et B, nous avons mis en évidence son importance pour l'activation de NF-xB ainsi que les conséquences du dérèglement de l'activité de Malt1 dans un sous-type de lymphome B diffus à larges cellules. Notre étude ouvre ainsi la voie au développement d'une nouvelle génération de médicaments immunomodulateurs et anti-cancéreux.

Characterization of the neuronal microtubule regulator SCG10 in transfected cells and " in vivo "

SUMMARY The ability of neuronal processes to find their way along complex paths and to establish appropriate connections depends on continual rearrangements of the cytoskeletal components. The regulation of microtubules plays an important role for morphological changes underlying nevrite outgrowth, axonal elongation, and growth cone steering. SCG10 (superior cervical ganglion clone 10) is a neuronal growthassociated protein developmentally regulated and highly enriched in the neuronal growth cones. SCG10 presents a microtubule destabilizing activity that could participate to the regulation of microtubule dynamics and thus explain microtubule behaviors in the growth cone during axonal elongation and turning. It is here suggested that a tight control of the opposite effects on microtubules of SCG10 and the stabilizing microtubule-associated protein MAP1B allows a fine tuning of cytoskeletal rearrangement and may provide the required microtubule dynamic instability to promote axonal growth. Moreover, antibodyblockade of SCG10 function, that leads to growth cone pauses similar as those triggered by the guidance molecule EphB, and the modulation of SCG10 activity by the Rho GTPase Rnd1 suggest a potential role for SCG10 in the signal transduction pathways of extracellular guidance cues. The identification of the active zone protein Bassoon as a potential interaction partner for the SCG10-related protein NPC2, using atomic force microscopy as well as COS-7 and neuronal cell cultures, also gives new insights for a role of this protein family into the processes of synapse genesis or plasticity. Finally, SCG10 mutant mice generated by gene targeting and expressing a soluble form of the protein have been characterized during early postnatal development and in the adulthood. Due to the deletion of its membrane binding domain, SCG10 specific subcellular targeting to growth cones is compromised and results in impairments of motor and coordination development. Further histological analysis in the sciatic nerve reveal that these symptoms are associated with neurodegenerative signs. RESUME Une navigation correcte des prolongements cellulaires neuronaux leur permettant de former des connections appropriées repose sur de continuels réarrangements des constituants de leur cytosquelette. La régulation des microtubules joue notamment un rôle important dans les changements morphologiques qui accompagnent la croissance axonale et les réorientations du cône de croissance. SCG10 (superior cervical ganglion clone 10) est une protéine étroitement associée à la croissance neuronale, hautement régulée durant le développement et abondante au niveau du cône de croissance. SCG10 présente une activité déstabilisatrice sur les microtubules qui pourrait permettre une régulation des paramètres dynamiques propres aux microtubules et ainsi expliquer leur comportement durant la navigation du cône de croissance. Il est ici proposé qu'un contrôle précis des effets opposés de SCG10 et d'une autre protéine stabilisante associée aux microtubules (MAP1 B) permette un réglage fin des réarrangements du cytosquelette et puisse ainsi produire l'instabilité dynamique nécessaire à la croissance anale. Par ailleurs, le blocage de la fonction de SCG10 par un anticorps spécifique, conduisant à des pauses du cônes de croissance similaires à celles provoquées par la molécule de guidage EphB, ainsi que la modulation de l'activité de SCG10 par la Rho GTPase Rnd1 suggèrent une potentielle implication de SCG10 dans les voies de transduction des signaux provenant de molécules de guidage extracellulaires. L'identification d'une interaction de la protéine synaptique Bassoon avec la protéine NPC2 apparentée à SCG10, au moyen de la microscopie à force atomique et dans des cultures de cellules neuronales et COS-7, ouvre des perspectives concernant ces protéines dans la formation et la plasticité synaptiques. Finalement, des souris mutantes pour SCG10 produites par ciblage de gène et exprimant une forme soluble de la protéine ont été caractérisées durant la phase précoce du développement et à l'âge adulte. La délétion du domaine permettant l'ancrage de SCG10 aux membranes compromet sa sub-localisation au niveau du cône de croissance et résulte en l'apparition de troubles moteurs et de la coordination. Des analyses histologiques complémentaires au niveau du nerf sciatique montrent que ces symptômes sont associés avec des signes neurodégénératifs.

Nuclear Matrix in Apoptotic Cell Death and Cell Proliferation. The role of Nuclear Mitotic Apparatus (NuMA) Protein

The nucleus is a membrane enclosed organelle containing most of the genetic information of the cell in the form of chromatin. The nucleus, which can be divided into many sub-organelles such as the nucleoli, the Cajal bodies and the nuclear lamina, is the site for several essential cellular functions such as the DNA replication and its regulation and most of the RNA synthesis and processing. The nucleus is often affected in disease: the size and the shape of the nucleus, the chromatin distribution and the size of the nucleoli have remained the basis for the grading of several cancers. The maintenance of the vertebrate body shape depends on the skeleton. Similarly, in a smaller context, the shape of the cell and the nucleus are mainly regulated by the cytoskeletal and nucleoskeletal elements. The nuclear matrix, which by definition is a detergent, DNase and salt resistant proteinaceous nuclear structure, has been suggested to form the nucleoskeleton responsible for the nuclear integrity. Nuclear mitotic apparatus protein, NuMA, a component of the nuclear matrix, is better known for its mitotic spindle organizing function. NuMA is one of the nuclear matrix proteins suggested to participate in the maintenance of the nuclear integrity during interphase but its interphase function has not been solved to date. This thesis study concentrated on the role of NuMA and the nuclear matrix as structural and functional components of the interphase nucleus. The first two studies clarified the essential role of caspase-3 in the disintegration of the nuclear structures during apoptosis. The second study also showed NuMA and chromatin to co-elute from cells in significant amounts and the apoptotic cleavage of NuMA was clarified to have an important role in the dissociation of NuMA from the chromatin. The third study concentrated on the interphase function of NuMA showing NuMA depletion to result in cell cycle arrest and the cytoplasmic relocalization of NuMA interaction partner GAS41. We suggest that the relocalization of the transcription factor GAS41 may mediate the cell cycle arrest. Thus, this study has given new aspects in the interactions of NuMA, chromatin and the nuclear matrix.

Caractérisation d'une famille de récepteurs kinases impliqués dans le développement gamétophytique chez Arabidopsis thaliana

Au cours du développement des végétaux, de l’établissement de l’identité cellulaire des premiers organes au guidage du tube pollinique, la communication cellule à cellule est d’une importance capitale. En réponse, les voies de signalisation moléculaires sont élaborées pour la perception d’un signal extérieur et la transduction en une réponse génique via une cascade intracellulaire. Les récepteurs kinases font partie des protéines perceptrices des stimuli et constituent chez les plantes une catégorie de protéines avec une occurrence considérable, mais dont très peu d’informations détaillées sont disponibles à ce jour. Une famille de récepteurs kinases chez Arabidopsis thaliana, AtORK11 (Arabidopsis thaliana Ovule Receptor Kinase 11), a été identifiée par orthologie à un récepteur spécifique aux ovaires chez une solanacéee sauvage, Solanum chacoense. La fonction présumée de cette famille de récepteurs kinases de type leucine-rich repeat, suggérée par son patron d’expression, implique les événements relatifs au développement des gamétophytes et à la reproduction. Afin de caractériser la fonction des quatre gènes de la famille (AtORK11a, AtORK11b, AtORK11c et AtORK11d) une stratégie d’analyse de mutants d’insertion de l’ADN-T et d’évaluation du mode d’action par complémentation bimoléculaire par fluorescence (BiFC) a été entreprise. Aucune fonction précise n’a pu être attribuée aux doubles mutants d’insertion, par contre la surexpression d’une construction dominante négative indique un rôle dans le développement gamétophytique. Il a aussi été démontré que les quatre récepteurs peuvent interagir par homodimérisation aussi bien que par hétérodimérisation. Une hypothèse de redondance fonctionnelle est ainsi mise à jour parmi la famille des gènes AtORK11.

Etudes structurales et fonctionnelles des interactions de SUMO avec des proteines d'echafaudage modeles: TIF1beta, PIAS1 et PML

L’adaptation des cellules à leur environnement externe repose sur la transduction adéquate de signaux régulés par une pléthore d'événements moléculaires. Parmi ces événements moléculaires, les modifications post-traductionnelles (MPT) de protéines aident à intégrer, à traduire et à organiser de façon spatiotemporelle ces signaux pour que les cellules puissent réagir aux stimuli externes. Parmi les modifications post-traductionnelles, les petites protéines de la famille de l’Ubiquitine (Ublps, Ubiquitin-like proteins) jouent un rôle majeur dans presque toutes les voies de signalisation. Cette thèse rapporte des études fonctionnelles et structurales des interactions covalentes et non covalentes entre SUMO (Small Ubiquitin related MOdifier), un membre de la famille des Ublps, et trois protéines d'échafaudage, TIF1beta, le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc, PIAS1, une ligase E3 pour SUMO et PML, un suppresseur de tumeur. La première étude rapporte l'identification et la caractérisation biochimique des sites de SUMOylation de TIF1beta. Nous avons déterminé que la modification covalente de six résidus lysine par SUMO est essentielle à l’activité de répression de la transcription induit par TIF1beta. En outre, nous présentons des évidences indiquant que la SUMOylation de TIF1 exige non seulement sa capacité à homo-oligomériser, mais est aussi positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB des protéines à doigts de zinc. Partant de ce constat, nous postulons que les protéines KRAB-multidoigt de zinc recrutent leur corépresseur TIF1betaà des gènes cibles, mais aussi accentuent son activité répressive grâce à l'augmentation de sa SUMOylation. Notre seconde étude révèle qu’en plus de réprimer la transcription en tant que MPT covalente, SUMO joue aussi un rôle important dans la répression en tant que partenaire non covalent d’interactions protéine-protéine. Nous avons montré que SUMO interagit simultanément avec deux enzymes de la machinerie de SUMOylation, l’unique enzyme de conjugaison E2, UBC9, et la ligase E3 PIAS1 au sein d’un complexe ternaire répresseur. En outre, nous révélons que la formation du complexe ternaire PIAS1:SUMO:UBC9 est modulée par le niveau de phosphorylation de résidus sérine juxtaposés à un motif d’interaction avec SUMO (SIM) dans PIAS1. Ainsi, SUMO agit comme un adaptateur spécifique qui stabilise les interactions UBC9 E2: E3 PIAS1. Partant de ce constat, nous proposons que les enzymes E2 et E3 des autres systèmes Ublps exploitent des mécanismes similaires dans le cadre de leur fonction Enfin, notre troisième étude explore la régulation des interactions non covalentes de SUMO par la phosphorylation. En utilisant une combinaison d'études in vivo et in vitro, nous démontrons que l'interaction entre SUMO1 et PML est régi par la phosphorylation dépendant de CK2 sur quatre résidus sérine de PML. Les structures cristallographiques des complexes PML-SIM:SUMO1 révèlent que les phospho-sérines de PML contactent des résidus de la région basique de SUMO1. Sachant que la kinase CK2 peut être induite par des kinases activables par le stress, ces résultats suggèrent que les interactions non-covalentes avec SUMO sont modulées par le stress cellulaire. Sur la base de cette constatation, nous postulons que des événements analogues affectent des protéines contenant des séquences SIM ciblées par CK2. En résumé, cette étude révèle qu’en plus de son rôle de MPT, SUMO peut fonctionner comme un adaptateur permettant des interactions spécifiques entre protéines tel que pour les enzymes E3 et E2.

Untersuchungen zur Rolle von Isoformen katalytischer Untereinheiten der PKA

ZUSAMMENFASSUNG: Proteinkinasen übernehmen zentrale Aufgaben in der Signaltransduktion höherer Zellen. Dabei ist die cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA) bezüglich ihrer Struktur und Funktion eine der am besten charakterisierten Proteinkinasen. Trotzdem ist wenig über direkte Interaktionspartner der katalytischen Untereinheiten (PKA-C) bekannt. In einem Split-Ubiquitin basiertem Yeast Two Hybrid- (Y2H-)System wurden potenzielle Interaktionspartner der PKA-C identifiziert. Als Bait wurden sowohl die humane Hauptisoform Cα (hCα) als auch die Proteinkinase X (PrKX) eingesetzt. Nach der Bestätigung der Funktionalität der PKA-C-Baitproteine, dem Nachweis der Expression und der Interaktion mit dem bekannten Interaktionspartner PKI wurde ein Y2H-Screen gegen eine Mausembryo-cDNA-Expressionsbibliothek durchgeführt. Von 2*10^6 Klonen wurden 76 Kolonien isoliert, die ein mit PrKX interagierendes Preyprotein exprimierten. Über die Sequenzierung der enthaltenen Prey-Vektoren wurden 25 unterschiedliche, potenzielle Interaktionspartner identifiziert. Für hCα wurden über 2*10^6 S. cerevisiae-Kolonien untersucht, von denen 1.959 positiv waren (1.663 unter erhöhter Stringenz). Über die Sequenzierung von ca. 10% der Klone (168) konnten Sequenzen für 67 verschiedene, potenzielle Interaktionspartner der hCα identifiziert werden. 15 der Preyproteine wurden in beiden Screens identifiziert. Die PKA-C-spezifische Wechselwirkung der insgesamt 77 Preyproteine wurde im Bait Dependency Test gegen largeT, ein Protein ohne Bezug zum PKA-System, untersucht. Aus den PKA-C-spezifischen Bindern wurden die löslichen Preyproteine AMY-1, Bax72-192, Fabp3, Gng11, MiF, Nm23-M1, Nm23-M2, Sssca1 und VASP256-375 für die weitere in vitro-Validierung ausgewählt. Die Interaktion von FLAG-Strep-Strep-hCα (FSS-hCα) mit den über Strep-Tactin aus der rekombinanten Expression in E. coli gereinigten One-STrEP-HA-Proteinen (SSHA-Proteine) wurde über Koimmunpräzipitation für SSHA-Fabp3, -Nm23-M1, -Nm23-M2, -Sssca1 und -VASP256-375 bestätigt. In SPR-Untersuchungen, für die hCα kovalent an die Oberfläche eines CM5-Sensorchips gekoppelt wurde, wurden die ATP/Mg2+-Abhängigkeit der Bindungen sowie differentielle Effekte der ATP-kompetitiven Inhibitoren H89 und HA-1077 untersucht. Freie hCα, die vor der Injektion zu den SSHA-Proteinen gegeben wurde, kompetierte im Gegensatz zu FSS-PrKX die Bindung an die hCα-Oberfläche. Erste kinetische Analysen lieferten Gleichgewichtsdissoziationskonstanten im µM- (SSHA-Fabp3, -Sssca1), nM- (SSHA-Nm23-M1, –M2) bzw. pM- (SSHA-VASP256-375) Bereich. In funktionellen Analysen konnte eine Phosphorylierung von SSHA-Sssca1 und VASP256-375 durch hCα und FSS-PrKX im Autoradiogramm nachgewiesen werden. SSHA-VASP256-375 zeigte zudem eine starke Inhibition von hCα im Mobility Shift-Assay. Dieser inhibitorische Effekt sowie die hohe Affinität konnten jedoch auf eine Kombination aus der Linkersequenz des Vektors und dem N-Terminus von VASP256-375 zurückgeführt werden. Über die Wechselwirkungen der hier identifizierten Interaktionspartner Fabp3, Nm23-M1 und Nm23-M2 mit hCα können in Folgeuntersuchungen neue PKA-Funktionen insbesondere im Herzen sowie während der Zellmigration aufgedeckt werden. Sssca1 stellt dagegen ein neues, näher zu charakterisierendes PKA-Substrat dar.

Analysen der beiden cis-regulierenden Sequenzelemente translational control element (TCE) und cytoplasmic polyadenylation element (CPE) in der Drosophila-Spermatogenese

Ein essentieller Bestandteil in dem Mechanismus der Translationskontrolle sind RNA-Pro­tein-Wechselwirkungen. Solche Interaktionen konnten in Translationssystemen an zwei unabhängigen cis-regulierenden Elementen durch in vitro-Bindungsanalysen mit individu­ellen rekombinanten Proteinen dokumentiert werden. Im Fall des translational control elements (TCE), welches ein konserviertes Sequenz-Ele­ment in der Mst(3)CGP-Genfamilie darstellt, wird eine negative Translationskontrolle durch die Bindung der Proteine CG3213, CG12470, CG1898, dFMR1, Exuperantia und Orb2 an diese Sequenz vermittelt (Stinski, 2011). Neben den in Bindungsstudien positiv getesteten Kandidaten dFMR1 und Orb2 (Stinski, 2011) wurde in der vorliegenden Dis­sertation CG3213 als weiterer direkter Bindungspartner an das TCE dokumentiert. Ein Abgleich der genomweiten Zusammenstellung von Proteininteraktionen in der Datenbank InterologFinder lieferte zwei weitere potentielle Kandidaten: CG34404 und CG3727. Al­lerdings schließen Northern-Analysen und das Proteinexpressionsmuster eine zentrale Rolle in der Drosophila-Spermatogenese für diese nahezu aus. In Kolokalisationsstudien einiger TCE-Komplex-Kandidaten mit CG3213 als Referenz konnten eindeutige Überein­stimmungen der Fluoreszenzmuster mit CG12470 in der postmeiotischen Phase be­schrieben werden, wohingegen mit Orb2 (postmeiotisch) und CG1898 (prämeiotisch) nur eine geringe Kolokalisation erkannt wurde. Punktstrukturen in den Verteilungsmustern sowohl von CG3213 als auch von CG12470 ließen sich nicht mit ER- und mitochondrien­spezifischen Markern korrelieren. Im Anschluss der Meiose konnte eine deutliche Intensitätserhöhung des CG3213-Proteins beobachtet werden, was eventuell durch eine veränderte Translationseffizienz zustande kommen könnte. Exuperantia (Exu) stellt einen bekannten Regulator für eine Reihe von translationskontrollierten mRNAs dar (Wang und Hazelrigg, 1994). Die Quantifizierungen der CG3213-mRNA in exu-mutantem Hintergrund bestätigen, dass auch die Transkript­menge der CG3213-mRNA durch Exu reguliert wird, was die obige Interpretation stützen würde. Für das zweite cis-regulierende Element, das cytoplasmic polyadenylation element (CPE), konnte eine direkte Bindung mit dem CPEB-Homolog in Drosophila (Orb2) gezeigt wer­den, welches auch eine Komponente des mst87F-RNP-Komplexes ist. Ein vermuteter Interaktionspartner dieses CPEBs ist Tob, weshalb die Verteilung beider Proteine in einem Kombinationsstamm verglichen wurde. In dem teilweise übereinstimmenden Fluoreszenz­muster ist Tob an den distalen Spermatidenenden auffallend konzentriert. Das gesamte Tob-Muster jedoch legt eine Verteilung in den Mitochondrien nahe, wie die MitoTracker®-Färbung belegt. Somit wurde erstmals ein Mitglied der Tob/BTG-Genfamilie in der Droso­phila-Spermatogenese mit Mitochondrien in Verbindung gebracht. Die Lokalisierung die­ser Proteine ist bislang unklar, jedoch konnte eine Kernlokalisation trotz der N-terminalen NLS-Sequenz mit Hilfe einer Kernfärbung ausgeschlossen werden.