Dokument: Biochemical Characterization of RHO GTPases-IQGAPs and NPM1-US11/Rev interactions

Titel:	Biochemical Characterization of RHO GTPases-IQGAPs and NPM1-US11/Rev interactions
Weiterer Titel:	Biochemische Charakterisierung der Interaktion von RHO GTPasen mit IQGAPs und NPM1 mit US11/Rev
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=39540
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20170905-100318-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr Nouri, Kazem [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 16,83 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 13.09.2016 / geändert 13.09.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Ahmadian, Reza [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Stichwörter:	Biochemistry
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Proteins can be assembled into specific complexes especially by scaffold proteins, which safeguard as control elements the strength, efficiency, fidelity and specificity of signal transduction within the cells. A variety of scaffold proteins, e.g., IQ domain GTPase-activating protein 1 (IQGAP1), nucleophosmin (NPM1), and nucleolin (NCL), has been reported to directly bind small GTPases of the RAS and RHO family and to control their signaling processes. RHO- and RAS-related proteins, which normally act as molecular switches in diverse biological processes, are frequently dysregulated in diseases, such as cardiovascular and infectious diseases, developmental and neurological disorders, and cancer. Deciphering new functional control mechanisms and defining new targets is essential for the rational development of highly selective drugs that attenuate signal transduction rather than inhibiting it. An essential prerequisite to elucidate the mechanism behind functions of scaffold proteins is the dissection of their individual domains and the analysis of their interactions with desired protein partners; and this was the aim of the present dissertation. Comprehensive investigation of IQGAP1 interaction with the RHO family proteins revealed for the first time that IQGAP1 association with RAC- and CDC42-related proteins underlies a two-step mechanism, first a low-affinity, nucleotide-independent binding of the GAP-related domain outside the switch regions, and second a high-affinity, GTP-dependent binding of the GTPase binding domain to the switch regions of RAC- and CDC42-related proteins. These results provide the field with new insights into interaction characteristics of RHO GTPases with IQGAP1, which is a critical mechanism in temporal regulation and integration of IQGAP1-mediated cellular responses. In contrast, a proposed physical interaction of NPM1 and NCL with the RAS isoforms (HRAS, NRAS, and KRAS) was not verified in this study but instead new interactions of their domains were explored in-depth. NPM1 interactions with HIV-1 Rev and HSV-1 US11, two functionally homologous viral proteins, in the presence and in the absence of a blocking cyclic peptide (CIGB-300), provided unprecedented insights into the key role of NPM1 in viral infections that may represent a novel promising target for antiviral therapeutic intervention. The identification of a direct interaction between NCL and the fragile X mental retardation protein (FMRP) pointed to a novel mechanism underlying a transient nucleocytoplasmic and nucleolar translocation and regulating different processes, e.g., ribosome biogenesis. Proteine können in spezifischen Komplexen durch sog. Adaptor- bzw. Gerüstproteine „vernetzt“ werden, die in den Zellen als Kontrollelemente Stärke, Effizienz und Spezifität eines Signaltransduktionswegs kontrollieren/regulieren. Verschiedenen Studien zufolge regulieren/kontrollieren eine Reihe von Gerüstproteinen, u.a. IQ domain GTPase-activating protein 1 (IQGAP1), Nucleophosmin (NPM1), und Nucleolin (NCL) die Signalprozesse kleiner GTPasen der RAS- und Rho-Familie, indem sie direkt mit ihnen interagieren. RAS- und RHO-verwandte Proteine, die als molekulare Schalter normalerweise in diversen biologischen Prozessen agieren, sind sehr häufig bei kardiovaskulären und neuronalen Erkrankungen, Infektionserkrankungen, Entwicklungsstörungen und Tumorerkrankungen fehlreguliert. Die Entschlüsselung neuer funktionaler Kontrollmechanismen und die Definition neuer Targets sind essentiell für die rationale Entwicklung hochselektiver Pharmazeutika, welche die Signaltransduktion abschwächt, aber nicht vollständig inhibiert. Eine wesentliche Voraussetzung zur Aufklärung der Funktion der Gerüstproteine ist ihre Zerlegung in einzelnen Domänen und die Untersuchung deren Interaktionen mit den entsprechenden Bindungspartnern, was das Hauptziel der vorliegenden Dissertation darstellte. Umfassende Untersuchungen der IQGAP1-Interaktion mit den Proteinen der RHO-Familie haben hierbei gezeigt, dass die Assoziation von IQGAP1 mit RAC- und CDC42-verwandten Proteinen einem zwei-Schritt Mechanismus unterliegt. Dieser umfasst eine niederaffine Nukleotid-unabhängige Bindung an die GAP-verwandte Domäne außerhalb der Schalterregionen, gefolgt von einer hochaffinen, GTP-abhängigen Bindung der GTPase-Bindungsdomäne an die Schalterregionen von RAC- und CDC42-verwandten Proteinen RAC- und CDC42-verwandten Proteinen RAC- und CDC42-verwandten Proteinen. Diese Resultate tragen zum besseren Verständnis der Bindungseigenschaften von RHO-GTPasen mit IQGAP1 und somit der zeitlichen Regulation und Integration IQGAP1-vermittelter zellulärer Antworten. Demgegenüber stehen die Gerüstproteine NPM1 und NCL, deren vorgeschlagenen physikalischen Interaktionen mit den RAS-Isoformen (HRAS, NRAS, und KRAS) in dieser Arbeit nicht bestätigt werden konnten. Eingehende Untersuchungen einzelner Domänen von NPM1 und NCL identifizierten stattdessen neue Interaktionen. Die NPM1-Interaktionen mit HIV1-1 Rev und HSV-1 US11, zwei funktionell homologe virale Proteine, in der An- und Abwesenheit eines blockierenden zyklischen Peptids (CIGB-300), lieferten neue Einblicke in die Schlüsselrolle von NPM1 bei viralen Infektionen. Letzteres repräsentiert derzeit eine neue und viel versprechende Zielstruktur für die Entwicklung antiviraler Wirkstoffe. Die Charakterisierung der direkten Interaktion zwischen NCL und fragile X mental retardation protein (FMRP) weist auf einem wichtigen Mechanismus hin, dem eine vorübergehende nukleozytoplasmatische und nukleoläre Translokation von NCL zugrunde liegt und hierbei unterschiedliche Prozesse, wie beispielsweise die Ribosomen-Biogenese, reguliert wird.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Biochemie und Molekularbiologie II
Dokument erstellt am:	05.09.2017
Dateien geändert am:	05.09.2017
Promotionsantrag am:	17.11.0015
Datum der Promotion:	11.02.0016