Dokument: Cell-based studies of ciliary transport
| Titel: | Cell-based studies of ciliary transport | |||||||
| Weiterer Titel: | Zell-basierte Studien zum Cilientransport | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=46108 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20180604-102004-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kösling, Stefanie Kristine [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Ahmadian, Reza [Gutachter] Prof. Dr. Lutz Schmitt [Gutachter] Prof. Dr. Wittinghofer, Alfred [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | The Arl2/Arl3 system regulates the sorting of lipidated proteins that are shuttled by the effector proteins PDE6delta and Unc119a/b. The sorting of these lipidated proteins depends on the affinity towards their carrier proteins PDE6delta/Unc119a/b, and the specificity of the release by Arl2/3. Farnesylated proteins, such as INPP5E, or myristoylated proteins, such as NPHP3, with a high affinity to PDE6delta or Unc119a/b, respectively, are targeted to the cilium, the cargo-carrier complex enters the ciliary compartment and the lipidated protein is released by Arl3•GTP. Within the ciliary lumen, the lipidated protein is supposed to be attached to the ciliary membrane after the release from the carrier protein. The specific release of high affinity proteins by Arl3•GTP into the ciliary compartment is established by the cilia-exclusive Arl3 GEF Arl13B. The resulting Arl3•GTP domain and its GTP hydrolysis might act as a driving force for the release of lipidated proteins into cilia.
The mechanism leading to the ciliary localization of INPP5E, was supposed to consist of three steps. First, PDE6delta binds INPP5E and transports it to the ciliary base. The second step is diffusion of the complex into the ciliary lumen, and transfer to the IFT system, that regulates the innerciliary INPP5E transport. Arl3•GTP releases INPP5E from PDE6delta and subsequently the farnesyl moiety anchors INPP5E to the ciliary membrane. The last step is innerciliary retention. However, low affinity cargo proteins, such as Rheb, are sorted in complex with the carrier protein, in this case PDE6delta, to other inner membranes and are released there by Arl2•GTP. CCDC104, which was identified as new binding partner of Arl3•GTP, accumulates in the transition zone and around the basal body. It binds to the N-terminal amphipathic helix of Arl3•GTP. Because this helix can attach Arl3•GTP to the ciliary membrane, it was suggested that CCDC104 reduces the Arl3•GTP membrane interaction. After exit of the CCDC104-Arl3•GTP complex from the cilium, CCDC104 might provide Arl3•GTP to its cytosolic GAP RP2 during a transient triple complex formation, followed by RP2 catalyzed hydrolysis of the Arl3-bound GTP. By this, CCDC104 might support the generation of the above described energetic driving force leading to ciliary entry of lipidated proteins. This thesis leads to a better understanding of the Arl2/3-related protein network with a focus on the sorting and transport processes of lipidated cargo proteins of PDE6delta and Unc119a/b. The studies show that the primary cilium is an Arl3•GTP compartment. Primary cilia are known to be important for a number of developmental signaling pathways and defects in their structure or dysfunctions in protein trafficking cause human genetic diseases, called ciliopathies. Considering the implication of the analyzed proteins in different ciliopathies, by the new findings an essential step to gain an insight to the molecular basics of these diseases and ultimately their treatment was taken, and will require further research.Das Arl2/Arl3 System reguliert die Sortierung lipidierter Proteine, die von PDE6delta und Unc119a/b transportiert werden. Die Sortierung dieser lipidierten Frachtproteine ist von ihrer Affinität gegenüber der Trägerproteine PDE6delta/Unc119a/b abhängig, sowie von der Spezifität ihrer Freisetzung durch Arl2/3. Farnesylierte Proteine wie INPP5E oder myristoylierte Proteine wie NPHP3, die eine hohe Affinität zu PDE6delta beziehungsweise zu Unc119a/b haben, werden gezielt zum Cilium hin transportiert, der Komplex aus Fracht- und Trägerprotein tritt in das ciliäre Kompartiment ein, wo das lipidierte Protein durch Arl3•GTP freigesetzt wird. Es wird angenommen, dass sich das lipidierte Protein nach der Freisetzung vom Trägerprotein im Innern des Ciliums an die ciliäre Membran anlagert. Die spezifische Freisetzung hoch affiner Proteine durch Arl3•GTP ins Cilium wird durch das ausschließlich im Cilium lokalisierte Arl3-GEF Arl13B sichergestellt. Die daraus resultierende Arl3•GTP Domäne und ihre GTP-Hydrolyse wirken vermutlich als Triebkraft für die Freisetzung der lipidierten Proteine ins Cilium. Es wird angenommen, dass der Mechanismus, der zur Cilienlokalisation von INPP5E führt, aus drei Schritten besteht. Zuerst bindet PDE6delta an INPP5E und transportiert es zur Basis des Ciliums. Der zweite Schritt ist die Diffusion dieses Komplexes in das Innere des Ciliums und die Übergabe an das IFT System, das den innerciliären Transport von INPP5E übernimmt. Arl3•GTP entlässt INPP5E von PDE6delta und anschließend verankert die Farnesylgruppe INPP5E an der Cilienmembran. Der letzte Schritt ist die innerciliäre Retention. Niedrig affine Proteine wie Rheb hingegen werden im Komplex mit dem Trägerprotein, in diesem Fall PDE6delta, zu anderen inneren Membranen wie dem Endomembransystem sortiert und dort durch Arl2•GTP freigesetzt. CCDC104, das als neuer Bindungspartner von Arl3•GTP entdeckt wurde, akkumuliert am Basalkörper und oberhalb dessen im Übergangsbereich des Ciliums. Es bindet an die N-terminale amphipathische Helix von Arl3•GTP. Da diese Helix Arl3•GTP an die ciliäre Membran anlagern kann, wurde vorgeschlagen, dass CCDC104 die Interaktion von Arl3•GTP mit der Membran reduziert. Nach dem Austritt des CCDC104-Arl3•GTP Komplexes aus dem Cilium wird vermutet, dass CCDC104 das GTP-gebundene Arl3 an dessen cytosolisches GAP RP2 übergibt. Dies kann während der Bildung eines kurzlebigen Dreifachkomplexes mit einer nachfolgenden RP2-katalysierten Hydrolyse des Arl3-gebundenen GTP geschehen. Dadurch kann CCDC104 die Bildung der zuvor beschriebenen energetischen Triebkraft, die zum Eintritt lipidierter Proteine ins Cilium führt, fördern. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 04.06.2018 | |||||||
| Dateien geändert am: | 04.06.2018 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 26.02.2018 | |||||||
| Datum der Promotion: | 14.05.2018 |
