LEHRSTUHL FÜR

SYSTEMBIOLOGIE

Abstract:
We define structure and function of novel noncoding RNA elements within the tumor necrosis factor and hemoglobin genes that by activating a cellular stress response hitherto thought only to repress translation, render splicing of their mRNAs highly efficient. These RNA elements activate the RNA-dependent kinase, PKR. PKR-mediated mRNA splicing, we show, depends strictly on phosphorylation of translation initiation factor eIF2α which is both necessary and sufficient to achieve efficient splicing, while leaving translation intact.

References:
Cell Research (http://rdcu.be/qB2k)
Cell Reports (http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2017.06.035 ).

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Zusammenfassung:

Das muti-site docking Protein Grb2-associated-binding protein 1 (Gab1) verschaltet durch die Rekrutierung von SH2-domain-containing tyrosine phosphatase 2 (SHP2), Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K) und dem growth factor receptor-bound protein 2 (Grb2): son of sevenless (SOS)-Komplex die mitogen activated protein kinase (MAPK)- und PI3K-Kaskade miteinander. Der an Gab1 gebundene Grb2:SOS-Komplex oder die PI3-Kinase wirken auf Plasmamembran-assoziiertes Rat sarcoma (Ras) bzw. Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) in der Plasmamembran. Die Lokalisation des Gab1-Signalkomplexes an der Plasmamembran ist daher von entscheidender Bedeutung für die Vermittlung der Gab1-abhängigen Signalkaskaden. Die Regulation der Translokation von Gab1 an die Plasmamembran ist somit ein wichtiger Mechanismus zur räumlichen und zeitlichen Kontrolle der Gab1-abhängigen Signalkaskaden.

Zunächst konnte gezeigt werden, dass die Translokation von Gab1 an die Plasmamembran durch einen intramolekularen Klappmechanismus reguliert wird. Die N-terminale Pleckstrin-Homologie (PH)-Domäne in Gab1 interagiert mit den Argininen 556 und 560 im C-terminalen Abschnitt von Gab1. Nach Phosphorylierung des Serins 552 ist diese intramolekulare Interaktion gestört und die PH-Domäne wird exponiert. Erst in dieser Konformation kann die PH-Domäne mit der Plasmamembran interagieren.

Hämatopoetische Zellen, die die myeloproliferative Neoplasien (MPN) assoziierte und konstitutiv aktive Janus Kinase 2 (Jak2) Mutante Jak2-V617F exprimieren, proliferieren durch die konstitutive Aktivierung der signal transducer and activator of transcription (STAT)- und MAPK-Kaskade Zytokin-unabhängig. Diese MPN-assoziierte Proliferation hämatopoetischer Zellen führt u.a. zu Gefäß- und Organerkrankungen. In Jak2-V617F positiven Zellen wurde eine fehlregulierte Gab1 Translokation und Phosphorylierung beobachtet. Doch ob und wie Gab1 Einfluss auf die dysregulierte und MPN-assoziierte Jak2-V617F-Signaltransduktion nimmt, ist bisher unbekannt.

Hier konnte gezeigt werden, dass Gab1 die Jak2-V617F-induzierte Aktivierung der pro-proliferativ wirkenden MAPK-Kaskade in und die Proliferation von erythroleukämischen (HEL) Zellen verstärkt. Neben der MAPK-abhängigen Phosphorylierung des Serins 552 induziert die Expression von Jak2-V617F die zytokin-unabhängige Translokation von Gab1 an die Plasmamembran, die Phosphorylierung des Tyrosins 627 in Gab1 und die Rekrutierung von SHP2 an das phosphorylierte Tyrosin 627. Die Rekrutierung von SHP2 an Gab1 ist essentiell für die Jak2-V617F- und Erythropoetin (Epo)-induzierte Aktivierung der MAPK-Kaskade.

In der Epo- und Jak2-V617F-induzierten Signaltransduktion ist die Vermittlung der Phosphorylierung des Gab1-Tyrosins 627 und die Interaktion mit SHP2 entkoppelt von der Phosphorylierung des Serins 552 in Gab1 und von der PH-Domänen-vermittelten Translokation von Gab1 an die Plasmamembran. Die bisher unbekannte Interaktion von Gab1 mit dem Erythropoetin-Rezeptor (Epo-R) stellt einen möglichen Rekrutierungsmechanismus dar, durch den Gab1 in die räumliche Nähe der rezeptor-assoziierten Jak2 bzw. Jak2-V617F rekrutiert und somit phosphoryliert wird.

Im Gegensatz zur Epo- bzw. Jak2-V617F-induzierten Signaltransduktion ist die Phosphorylierung des Tyrosins 627 von Gab1 in der IL-6-induzierten Signaltransduktion abhängig von der MAPK-induzierten Phosphorylierung des Serins 552 in Gab1. Die Stärke der IL-6-induzierten Aktivierung der MAPK-Kaskade ist wiederum von der Expression des multi-site docking Proteins Gab1 abhängig.

So ist die Regulation der PH-Domänen-vermittelten Translokation von Gab1 an die Plasmamembran und die Bedeutung von Gab1 für die Amplifikation der MAPK-Kaskade in der Epo-, Jak2-V617F- und in der IL-6-induzierten Signaltransduktion identisch. Aber die Tyrosin-Phosphorylierung von Gab1 wird unterschiedlich und abhängig vom an der Signaltransduktion beteiligten Zytokin-Rezeptor vermittelt.

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Abstract:

Mitochondrial bioenergetic dysfunction is implicated in neurodegenerative diseases such as Parkinson’s, Alzheimer’s and Huntington’s Diseases. It is unknown, however, whether mitochondrial dysfunction is sufficient to trigger neurodegeneration, or whether it constitutes an additional risk factor. As part of the interdisciplinary, multi-lab consortium, ‘Cellular Bioenergetics in Neurodegenerative Diseases’ (CeBioND; cebiond.org), we are combining systems modelling with in vitro experiments in a cellular model of Alzheimer’s Disease, to holistically investigate the impact of neurodegenerative defects on mitochondrial bioenergetic output.

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