Dokument: Non-canonical RAS signaling pathways in the maintenance of hepatic stellate cell quiescence

Titel:	Non-canonical RAS signaling pathways in the maintenance of hepatic stellate cell quiescence
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=61987
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230223-105647-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Pudewell, Silke [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 20,90 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 13.02.2023 / geändert 13.02.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Ahmadian, Reza [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Stichwörter:	Hepatic stellate cells, RAS, ERAS, Arginase I, SIN1, mTORC2, RHO, CDC42, IQGAP, Accessory proteins, Scaffold protein
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Das RAS Signalnetzwerk ist eine zentrale Komponente für das Überleben, die Proliferation, die Migration und viele weitere essenzielle Prozesse von Zellen. Es umfasst neben den gut untersuchten kanonischen Signalwegen, die extrazelluläre Stimuli über die RAF-MEK-ERK- und PI3K-AKT-Kaskade weiterleiten, auch mehrere weniger bekannte, nicht-kanonische Signalwege. In dieser Arbeit konnte ein neuer nicht-kanonischer Bindungspartner des embryonalen in Stammzellen exprimierten RAS (ERAS), die Arginase 1 (ARG1), in hepatischen Sternzellen (HSZs) identifiziert werden. Die Ureohydrolase, welche vorwiegend im Urea Zyklus bekannt ist, interagiert direkt und ist zudem Co-lokalisiert mit ERAS in ruhenden HSZs. Darüber hinaus konnten wir die Bedeutung von ARG1, und seiner nachgeschalteten Produktion von Polyaminen, für die Aufrechterhaltung undifferenzierter, ruhender HSZ durch den Einsatz verschiedener Inhibitoren während des Aktivierungsprozesses aufdecken. Die Auswirkungen der direkten ERAS-ARG1-Interaktion müssen noch weiter erforscht werden, könnten aber auf der spezifischen Translokalisierung beider Proteine in derselben Mikrodomäne beruhen. Ein weiterer eher ungewöhnlicher RAS-Binder ist das Stress-activated MAP kinase-interacting protein 1 (SIN1), ein unverzichtbares Mitglied des mTORC2-Komplexes, der für die Phosphorylierung verschiedener AGC-Kinasen wie AKT benötigt wird. Obwohl über die Interaktion von RAS mit der RAS-Bindungsdomäne (RBD) von SIN1 bereits vor 15 Jahren berichtet wurde, ist die Funktion dieser Interaktion noch weitgehend ungeklärt. In unserer Studie konnten wir die Bindung von SIN1 an alle klassischen RAS-Proteine (HRAS, KRAS4A, KRAS4B und NRAS), sowie RIT1 und ERAS bestätigen und zusätzlich wichtige Aminosäuren für ihre Interaktion identifizieren. Darüber hinaus konnten wir die autoinhibitorische Beziehung zwischen der RBD- und der PH (Pleckstrin-Homologie)-Domäne von SIN1 nachweisen und zeigten zum ersten Mal, dass die Interaktion der PH-Domäne mit Liposomen durch die Anwesenheit von RAS reduziert wird. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Interaktion von RAS und SIN1 möglicherweise nicht fördernd, sondern inaktivierend wirkt und eine negative Rückkopplungsschleife der aktivierten kanonischen RAS-Signalwege unterstützt. In diesem Zusammenhang haben wir uns auch auf die Modulatoren des RAS-MAPK-Signalwegs, die akzessorischen Proteine, konzentriert und ihre Rolle in der Signalkaskade, aber auch ihre Beteiligung an der Krankheitsentstehung und -progression in einem ausführlichen Artikel beschrieben. Schließlich beinhaltet diese Arbeit eine detaillierte Studie über das akzessorische Protein IQGAP, das im Mittelpunkt einer kontroversen Debatte über die entscheidende Bindungsstelle mit der RHO-GTPase CDC42 steht. Hier konnten wir durch ein breites Spektrum an Mutationsanalysen verschiedene IQGAP-Domänen ein- und ausschließen und Diskrepanzen zu anderen Publikationen aufklären, indem wir den Unterschied zwischen der konstitutiv aktiven Mutante CDC42Q61L und dem Wildtyp-Protein hinsichtlich ihres Bindungsverhaltens aufzeigen. The RAS signaling network is a central component for cell survival, proliferation, migration and many other cellular processes. Besides the well-studied canonical pathways, which transmit extracellular stimuli via the prominent RAF-MEK-ERK and PI3K-AKT cascades, it further comprises several less known, non-canonical signaling pathways. In this thesis, arginase 1 (ARG1) was identified in hepatic stellate cells (HSCs) as a novel non-canonical binding partner of the embryonic stem cell expressed RAS (ERAS). ARG1, a key enzyme of the urea cycle, was demonstrated to directly interact and co-localizes with ERAS in quiescent HSCs. Furthermore, the importance of ARG1 and its downstream production of polyamines for the maintenance of undifferentiated, quiescent HSCs was pointed out by using a variety of inhibitors during the activation process. The impact of direct ERAS-ARG1 interaction still requires a more detailed examination, but could be based on the specific translocalization of both proteins in the same microdomain of the plasma membrane. Another rather unusual RAS binder is the stress-activated MAP kinase-interacting protein 1 (SIN1), an indispensable member of the mTORC2 complex, which is needed for the phosphorylation of several AGC-kinases, such as AKT. Even though the interaction of RAS with the RAS binding domain (RBD) of SIN1 was already reported 15 years ago, the consequence of their interaction remains largely unanswered. In our study, we confirmed the binding of SIN1 to all classical RAS proteins (HRAS, KRAS4A, KRAS4B, and NRAS), as well as to RIT1, and ERAS and additionally pinpointed critical residues for their interaction. We further investigated the auto-inhibitory relationship of the RBD and PH (Pleckstrin homology) domain of SIN1 and demonstrated for the first time that the interaction of the PH domain with liposomes is reduced due to the presence of RAS. These results suggest that the interaction of RAS and SIN1 may be inactivating rather than promoting, supporting a negative feedback loop of the activated canonical RAS signaling pathways. Accordingly, we also focused on the modulators of the RAS-MAPK pathway, collectively referred to as accessory proteins, and described not only their role in the signaling cascade but also their involvement in the development and progression of diseases in a detailed overview. Finally, this thesis includes an in-depth study of the accessory protein IQGAP, which is the center of a controversial debate about the decisive binding site with the RHO GTPase CDC42. Here, we could in- and exclude different IQGAP domains by a broad range of mutational analyses and clarify discrepancies with other publications by demonstrating the difference between the constitutively active mutant CDC42Q61L and the wild type protein regarding their binding behavior.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	23.02.2023
Dateien geändert am:	23.02.2023
Promotionsantrag am:	29.09.2022
Datum der Promotion:	01.02.2023