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Functional implications of the regulation of PASKIN mRNA


Egger, S. Functional implications of the regulation of PASKIN mRNA. 2013, University of Zurich, Faculty of Medicine.

Abstract

Änderungen in der Umwelt zu detektieren und darauf zu reagieren ist eine Schlüsseleigenschaft des Lebens. In allen Bereichen des Lebens führen PER-ARNT-SIM (PAS) Domänen enthaltende Proteine oft beide dieser Funktionen aus. PAS-Domänen sind befähigt, einen Stimulus direkt oder über die Bindung eines Kofaktors zu detektieren und dieses Signal an Effektor-Domänen weiterzuleiten. PAS-Domänen können auch als Protein-Protein Interaktions-Domänen für die Heterodimerisierung von Transkriptionsfaktoren fungieren. Oft sind diese Transkriptionsfaktoren auch in einen Sensorprozess involviert. Animalia besitzen ein einziges Gen, welches für eine einzigartige Kombination einer Serin/Threonin-Kinase-Domäne mit einer PAS-Domäne kodiert, obwohl in Pflanzen und Bakterien die Kombination einer Kinase mit einer PAS-Domäne häufig vorkommt. Die Säugetier PAS Serin/Threonin-Kinase wurde durch die Ähnlichkeit ihrer Sequenz zur bakteriellen Histidinkinase FixL identifiziert und wurde PASKIN genannt. Die beiden Orthologe von PASKIN in der Hefe sind in den Kohlenhydratmetabolismus und wahrscheinlich in die Proteintranslation involviert. Ausserdem spielen sie eine Rolle für die Integrität der Zellwand. Anscheinend ist die Rolle von PASKIN im Energiemetabolismus von der Hefe bis zum Menschen konserviert. Es wurde gezeigt, dass PASKIN als Antwort auf eine Änderungen der Glukosekonzentration die Sekretion von Insulin und Glukagon in β- und α-Zellen des Pankreas reguliert. Der Effekt eines Verlusts von Paskin auf den gesamten Organismus wurde mit Hilfe von Paskin Knockoutmäusen untersucht. Obwohl unter normalen Tierhaltungsbedingungen keine Unterschiede im Phänotyp verglichen mit Wildtyptieren beobachtet wurden, gab es Berichte, dass unter fetthaltiger Ernährung Paskin Knockoutmäuse vor den Schäden des metabolischen Syndroms teilweise geschützt sind. Mäuse ohne Paskin schneiden in Glukose- und Insulintoleranztests unter fetthaltiger Ernährung besser ab als Wildtypmäuse, und sie legen weniger an Körpergewicht zu als ihre Wildtypgeschwister. Wie auch immer, wir konnten diese Effekte nur teilweise reproduzieren, obwohl wir das gleiche Tiermodell benutzten.
In Mäusen ist die Konzentration der PASKIN mRNA abgesehen vom Hoden, am höchsten in Geweben, die mit dem Immunsystem assoziiert sind. Ziele dieser Dissertation waren den Grund für diese Beobachtung zu bestimmen und zu untersuchen wie die Expression von PASKIN reguliert wird. Wir zeigen hier, dass das Gewebeexpressionsmuster von PASKIN im Menschen konserviert ist und dass dieses auf hohen mRNA Konzentrationen in der Lymphozytenlinie beruht. In einer Serie von Experimenten mit Leukozytenzelllinien und primären mononukleären Zellen aus dem peripheren Blut (PBMCs), die wir mit Entzündungsmediatoren stimuliert haben, haben wir eine möglich Regulation von PASKIN in der Immunantwort untersucht. Wir haben entdeckt, dass die Konzentration für PASKIN mRNA während der Aktivierung von Zelllinien und primären T- und B-Zellen stabil bleibt, was eine mögliche Funktion für PASKIN eher während als nach der Aktivierung vermuten lässt. Desweiteren zeigen wir, dass die Leukozytenspezifität der Expression von PASKIN abhängig ist von einer Promotorregion, die mit der regulatorischen Untereinheit 7 der Proteinphosphatase 1 (PPP1R7) geteilt wird. Zudem waren wir auch an der evolutionären Konservierung dieses bidirektionalen Promotors interessiert. Obwohl wir entdeckten, dass PASKIN in allen Animalia konserviert ist, ausser der bemerkenswerten Ausnahme von Nematoden, ist der konservierte bidirektionale Promotor nur im Fleischflossser Latimeria chalumnae und in Tetrapoden zu finden. Da andere Fische keine Konservierung der genomischen Lokalisation von PASKIN und PPP1R7 aufwiesen, könnte dies vermuten lassen, dass diese Konstellation während der Eroberung des Festlandes für Wirbeltiere von Vorteil gewesen sein könnte. Eine mögliche Koregulation von PASKIN und PPP1R7 könnte ein Hinweis auf eine funktionelle Verbindung zwischen diesen beiden Genen sein. Das Hefeortholog von PPP1R7 ist im mitotischen Kontrollpunkt involviert und kürzlich wurde auch Paskin in Drosophila mit dem Spindelaufbaukontrollpunkt und mit, durch Schäden der DNA induzierte, Apoptose in Verbindung gebracht. Deshalb haben wir eine mögliche Verbindung zum Spindelaufbaukontrollpunktprotein Mad2 in Säugetierzellen untersucht. Wir beobachteten, dass in Säugetierzellen die Anfälligkeit für Schäden der DNA und die Antwort auf das Zellgift Nocodazol unabhängig von Paskin sind. Mittels Immunfluoreszenz konnten wir sehen, dass PASKIN mit dem Aktinzytoskelett kolokalisiert, was funktionell bedingt könnte. Zusammen mit unseren Entdeckungen über eine mögliche Koregulation von PASKIN und PPP1R7 weisst dies auf bisher unbekannte Funktionen von PASKIN hin.

Abstract

Änderungen in der Umwelt zu detektieren und darauf zu reagieren ist eine Schlüsseleigenschaft des Lebens. In allen Bereichen des Lebens führen PER-ARNT-SIM (PAS) Domänen enthaltende Proteine oft beide dieser Funktionen aus. PAS-Domänen sind befähigt, einen Stimulus direkt oder über die Bindung eines Kofaktors zu detektieren und dieses Signal an Effektor-Domänen weiterzuleiten. PAS-Domänen können auch als Protein-Protein Interaktions-Domänen für die Heterodimerisierung von Transkriptionsfaktoren fungieren. Oft sind diese Transkriptionsfaktoren auch in einen Sensorprozess involviert. Animalia besitzen ein einziges Gen, welches für eine einzigartige Kombination einer Serin/Threonin-Kinase-Domäne mit einer PAS-Domäne kodiert, obwohl in Pflanzen und Bakterien die Kombination einer Kinase mit einer PAS-Domäne häufig vorkommt. Die Säugetier PAS Serin/Threonin-Kinase wurde durch die Ähnlichkeit ihrer Sequenz zur bakteriellen Histidinkinase FixL identifiziert und wurde PASKIN genannt. Die beiden Orthologe von PASKIN in der Hefe sind in den Kohlenhydratmetabolismus und wahrscheinlich in die Proteintranslation involviert. Ausserdem spielen sie eine Rolle für die Integrität der Zellwand. Anscheinend ist die Rolle von PASKIN im Energiemetabolismus von der Hefe bis zum Menschen konserviert. Es wurde gezeigt, dass PASKIN als Antwort auf eine Änderungen der Glukosekonzentration die Sekretion von Insulin und Glukagon in β- und α-Zellen des Pankreas reguliert. Der Effekt eines Verlusts von Paskin auf den gesamten Organismus wurde mit Hilfe von Paskin Knockoutmäusen untersucht. Obwohl unter normalen Tierhaltungsbedingungen keine Unterschiede im Phänotyp verglichen mit Wildtyptieren beobachtet wurden, gab es Berichte, dass unter fetthaltiger Ernährung Paskin Knockoutmäuse vor den Schäden des metabolischen Syndroms teilweise geschützt sind. Mäuse ohne Paskin schneiden in Glukose- und Insulintoleranztests unter fetthaltiger Ernährung besser ab als Wildtypmäuse, und sie legen weniger an Körpergewicht zu als ihre Wildtypgeschwister. Wie auch immer, wir konnten diese Effekte nur teilweise reproduzieren, obwohl wir das gleiche Tiermodell benutzten.
In Mäusen ist die Konzentration der PASKIN mRNA abgesehen vom Hoden, am höchsten in Geweben, die mit dem Immunsystem assoziiert sind. Ziele dieser Dissertation waren den Grund für diese Beobachtung zu bestimmen und zu untersuchen wie die Expression von PASKIN reguliert wird. Wir zeigen hier, dass das Gewebeexpressionsmuster von PASKIN im Menschen konserviert ist und dass dieses auf hohen mRNA Konzentrationen in der Lymphozytenlinie beruht. In einer Serie von Experimenten mit Leukozytenzelllinien und primären mononukleären Zellen aus dem peripheren Blut (PBMCs), die wir mit Entzündungsmediatoren stimuliert haben, haben wir eine möglich Regulation von PASKIN in der Immunantwort untersucht. Wir haben entdeckt, dass die Konzentration für PASKIN mRNA während der Aktivierung von Zelllinien und primären T- und B-Zellen stabil bleibt, was eine mögliche Funktion für PASKIN eher während als nach der Aktivierung vermuten lässt. Desweiteren zeigen wir, dass die Leukozytenspezifität der Expression von PASKIN abhängig ist von einer Promotorregion, die mit der regulatorischen Untereinheit 7 der Proteinphosphatase 1 (PPP1R7) geteilt wird. Zudem waren wir auch an der evolutionären Konservierung dieses bidirektionalen Promotors interessiert. Obwohl wir entdeckten, dass PASKIN in allen Animalia konserviert ist, ausser der bemerkenswerten Ausnahme von Nematoden, ist der konservierte bidirektionale Promotor nur im Fleischflossser Latimeria chalumnae und in Tetrapoden zu finden. Da andere Fische keine Konservierung der genomischen Lokalisation von PASKIN und PPP1R7 aufwiesen, könnte dies vermuten lassen, dass diese Konstellation während der Eroberung des Festlandes für Wirbeltiere von Vorteil gewesen sein könnte. Eine mögliche Koregulation von PASKIN und PPP1R7 könnte ein Hinweis auf eine funktionelle Verbindung zwischen diesen beiden Genen sein. Das Hefeortholog von PPP1R7 ist im mitotischen Kontrollpunkt involviert und kürzlich wurde auch Paskin in Drosophila mit dem Spindelaufbaukontrollpunkt und mit, durch Schäden der DNA induzierte, Apoptose in Verbindung gebracht. Deshalb haben wir eine mögliche Verbindung zum Spindelaufbaukontrollpunktprotein Mad2 in Säugetierzellen untersucht. Wir beobachteten, dass in Säugetierzellen die Anfälligkeit für Schäden der DNA und die Antwort auf das Zellgift Nocodazol unabhängig von Paskin sind. Mittels Immunfluoreszenz konnten wir sehen, dass PASKIN mit dem Aktinzytoskelett kolokalisiert, was funktionell bedingt könnte. Zusammen mit unseren Entdeckungen über eine mögliche Koregulation von PASKIN und PPP1R7 weisst dies auf bisher unbekannte Funktionen von PASKIN hin.

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Item Type:Dissertation
Referees:Wenger R H, Akdis C A, Hoogewijs D
Communities & Collections:04 Faculty of Medicine > Institute of Physiology
07 Faculty of Science > Institute of Physiology

04 Faculty of Medicine > Center for Integrative Human Physiology
Dewey Decimal Classification:570 Life sciences; biology
610 Medicine & health
Language:English
Date:2013
Deposited On:03 Dec 2013 13:19
Last Modified:05 Apr 2016 17:12
Number of Pages:123

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