Dokument: Der ULK1-Komplex in der Autophagieinduktion: essentiell oder unbedeutend?
| Titel: | Der ULK1-Komplex in der Autophagieinduktion: essentiell oder unbedeutend? | |||||||
| Weiterer Titel: | The ULK1 Complex In Autophagy Induction: Mandatory Or Negligible? | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=44240 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20171123-150942-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Wallot-Hieke, Nora [Autor] | |||||||
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| Stichwörter: | Autophagy, ULK1 comple, ATG13 | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Makroautophagie ist ein zellulärer Prozess zum Abbau von langlebigen und/oder schädlichen Proteinen, Proteinaggregaten und beschädigten Zellorganellen. Neben der essentiellen Funktion zum Erhalt der zellulären Homöostase, fungiert Autophagie auch als Adaptionsmechanismus während akuter Stressbedingungen wie Unterversorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff oder Infektionen. Dementsprechend ist die Deregulation des Autophagieprozesses mit malignen Erkrankungen wie Krebs und neurodegenerativen Krankheiten assoziiert. Weiterhin kann eine radio- oder chemotherapeutische Behandlung von Tumoren zu einer Induktion der zytoprotektiven Autophagie führen und das Überleben von Krebszellen positiv beeinflussen. Deshalb ist eine Kombination aus konventioneller Krebstherapie und gezielter Autophagieregulation eine erfolgsversprechende Möglichkeit zur Behandlung von Tumoren.
Im Zentrum des Autophagienetzwerks steht die Proteinkinase ULK1, weshalb die Modulation von Autophagie über die Regulation der Kinaseaktivität von ULK1 naheliegend ist. In vorangegangenen Studien wurde eine positive Regulierung der ULK1-Stabilität und -Aktivität durch Ubiquitylierung gezeigt. Allerdings wurde dabei der Einfluss von Deubiquitinasen (DUB) zur Regulierung der ULK1- Ubiquitylierung nicht untersucht. Mithilfe des semi-selektiven DUB Inhibitors WP1130 konnte die posttranslationale Modifikation von ULK1 durch Ubiquitylierung bestätigt werden. Die Verwendung von WP1130 führte zu einer ULK1-Aggregierung und anschließendem Transfer zu den Aggresomen. Damit einhergehend wurde ein Verlust der ULK1-Kinaseaktivität und Induzierbarkeit von Autophagie detektiert. Zusammen mit ULK1 bilden die regulatorischen Proteinen ATG13, ATG101 und RB1CC1 den ULK1-Komplex. ATG13 funktioniert dabei als Plattform zur Rekrutierung der ULK1-Komplex-bildenden Proteine. Darüber hinaus ist bekannt, dass ATG13 mit Phospholipiden und Mitgliedern der GABARAP Proteinfamilie interagiert. Mithilfe von Mutationsanalysen konnten die Aminosäurereste in ATG13 identifiziert werden, welche die Bindung mit den Interaktionspartnern ULK1, ATG101 und RB1CC1 vermitteln. Durch die Etablierung von ATG13-Mutanten wurde der Einfluss der jeweiligen Protein-Protein- und Protein-Phospholipid-Interaktionen auf die ULK1-Komplexassemblierung, die Rekrutierung zum Autophagosomenursprung und die Induktion von Autophagie untersucht. Es zeigte sich, dass die Interaktion von ATG13 mit ATG101 essentiell für die ULK1-Komplex-abhängige Induktion der Autophagie ist. Zusätzlich erzielte die Blockade der ULK1-ATG13 Assoziation nur eine milde Inhibition der Autophagieinduktion. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Modulation der ATG13-ATG101 Interaktion sowie der ULK1-Kinaseaktivität ein vielversprechender Ansatz zur Regulation von autophagischen Prozessen darstellt.Macroautophagy is a cellular degradation process targeting long-lived and/or toxic proteins and protein aggregates as well as superfluous and damaged organelles. Through its course, autophagy maintains cell homeostasis and integrity. In addition to its function on basal levels, autophagic activity can be increased when cells are exposed to stressors like nutrient deprivation, hypoxia or pathogen invasion. In accordance with its essential role in cellular health, autophagy is implicated in the development and progression of various diseases, among them several types of cancer. Additionally, anticancer drugs used in chemotherapy induce cytoprotective autophagy in cancer cells, leading to impaired efficiency of these compounds. Consequently, autophagy modulation accompanying cancer therapy might enhance successful treatment. Based on the fact that the ULK1 complex is a key signalling node in the autophagy network, the overall aim of this study was the evaluation of the ULK1 kinase activity and the protein interactions within the ULK1 complex in regard to their functions for the regulation of autophagy. Previous studies proposed increased ULK1 stability and activity through ubiquitination, however deubiquitination events and the mediating deubiquitinases (DUBs) have not been characterized in the context of ULK1 activity regulation. Using the partially selective deubiquitinase inhibitor WP1130, we confirmed posttranslational modification of ULK1 by ubiquitination, which resulted in ULK1 aggregation and transfer to the aggresome. This was accompanied by a loss of kinase activity and reduced autophagy induction. The scaffolding protein ATG13 recruits the catalytically active kinase ULK1 and the regulatory proteins ATG101 and RB1CC1 to stably form the ULK1 complex. Additionally, the GABARAP protein subfamily as well as phospholipids have been determined as interaction partners of ATG13. Using mutational analysis, we identified the amino acids in ATG13 mediating the binding to RB1CC1, ULK1 and ATG101. Through generating ATG13 mutants, the ULK1 complex formation, starvation induced recruitment to the autophagosome initiation site and autophagy inducing capacities of the particular protein-protein and protein-phospholipid interactions were examined. The study revealed that the ATG13-ATG101 interaction is of essential relevance for autophagy induction. Furthermore, targeting the binding of ULK1 to ATG13 revealed only a mild phenotype of autophagy inhibition. In summary, these results indicate that the ATG101-ATG13 interaction is the most promising target to control the ULK1 complex activity. Additionally, modulating the ULK1 kinase activity might be an effective approach to regulate the autophagic response. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Molekulare Medizin | |||||||
| Dokument erstellt am: | 23.11.2017 | |||||||
| Dateien geändert am: | 23.11.2017 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 05.07.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 15.09.2017 |
