Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-904
Main Title: Molekulare Charakterisierung und funktionelle Analyse der Interferon-induzierten 47 kDa GTPase IIGP
Translated Title: Molecular Characterisation and functional Analysis of the Interferon-inducible 47 kDa GTPase IIGP
Author(s): Kaiser, Frank
Advisor(s): Zerrahn, Jens
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Innerhalb der angeborenen Immunabwehr gegen intrazellulär replizierende Erreger induzieren Interferone in nahezu jeder Körperzelle spezifische Resistenzprogramme, die unabhängig von extrazellulären Komponenten des Immunsystems agieren, sozusagen zellautonom erfolgen. Es gibt inzwischen signifikante Belege dafür, dass die Mitglieder der vorrangig durch Interferon-? induzierten 47 kDa GTPase Familie wesentliche Komponenten dieser zellautonomen Abwehrprogramme darstellen und essentiell zur Resistenz des Wirtsorganismus gegen intrazelluläre bakterielle und parasitäre Erreger beitragen. Die molekularen Mechanismen, die der antimikrobiellen Wirkung der 47 kDa GTPasen zugrunde liegen, sind bislang unbekannt. Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand deshalb darin, mit einer molekularen Charakterisierung der 47 kDa GTPasen Einblicke in ihre Wirkungsweise und diejenigen Prozesse zu erlangen, innerhalb der sie ihre Funktion ausüben. Ausgehend von der Annahme, dass 47 kDa GTPasen analog zu klassischen GTPasen mit anderen Proteinen interagieren, wurden in dieser Arbeit mit einem Hefe-Interaktionssystem erstmals Protein-Interaktionspartner für einzelne Mitglieder der 47 kDa GTPasen identifiziert. Exemplarisch wurde die Interaktion des in unserem Labor klonierten Familienmitglieds IIGP und dem erst vor kurzem identifizierten hook3 Protein (mHk3) detailliert untersucht. Mit unterschiedlichen biochemischen Methoden konnte die physikalische Interaktion zwischen IIGP und mHk3 bestätigt werden und die für die Interaktion relevanten Bereiche beider Proteine identifiziert werden. Es zeigte sich, dass mHk3 spezifisch mit IIGP und keinem anderen Mitglied der 47 kDa GTPase Familie interagiert und die Interaktion in Abhängigkeit des GTP gebundenen, aktiven Zustands von IIGP erfolgt. Hook3 vermittelt eine Assoziation von Organellmembranen mit Mikrotubuli und wird als ein Faktor diskutiert, der membranabhängige Transportprozesse steuert und offensichtlich in den gerichteten intrazellulären Vesikeltransport involviert ist. Die Befunde der konfokal-mikroskopischen Analysen deuten darauf hin, dass die Interaktion zwischen IIGP und mHk3 an den Strukturen des Golgi-Apparats bzw. an noch nicht näher charakterisierten vesikulären Strukturen in der Zellperipherie stattfindet. Diese Befunde legen nahe, dass die 47 kDa GTPasen generell am Transport oder der Modifikation von Membranen beteiligt sein könnten. Damit hätten sie das Potential, gegen die Erreger gerichtete, immunrelevante Abwehrmechanismen an der Vakuolenmembran zu vermitteln, die die Schnittstelle zwischen dem internalisiertem Erreger und der Wirtszelle darstellt. Im Einklang mit diesem Konzept konnte nach einer in-vitro Infektion von Mausfibroblasten mit dem Erreger Toxoplasma gondii an den Pathogenvakuolen die GTPase IIGP detektiert werden. In Mausfibroblasten, die IIGP ektopisch exprimieren, bildet IIGP in Abhängigkeit der GTPase-Aktivität große perinukleäre Proteinaggregate aus, bei denen es sich offensichtlich nicht um typische Aggresomen aus aberrant gefaltetem Protein handelt. Interessanterweise löst eine Stimulation dieser Zellen mit Interferon-? die IIGP-Aggregate auf, was nahe legt, dass für die Rekrutierung oder Bindung von IIGP an die Membranen des ER und des Golgi-Apparats weitere IFN-abhängige Faktoren benötigt werden. Elektronenmikroskopische Analysen zeigten, dass die ektopische Expression von IIGP zu einer Deformation bzw. Kompartimentalisierung des ER führt. In IFN-? stimulierten Fibroblasten, die mit Toxoplasma gondii Erregern infiziert wurden, konnte in der frühen Infektionsphase eine ähnliche Aggregatbildung von endogenem IIGP beobachtet werden. Die Ausbildung dieser makromolekularen Strukturen steht im Einklang mit dem Oligomerisierungspotential von IIGP. Zum jetzigen Zeitpunkt ist jedoch ungeklärt, inwieweit die Fähigkeit von IIGP zur Oligomerisierung für eine Vermittlung von Resistenzmechanismen gegen intrazelluläre Erreger von Relevanz sein könnte. Die Befunde der Hefe-Interaktionsanalysen deuten darauf hin, dass neben IIGP auch andere Familienmitglieder der 47 kDa GTPasen oligomerisieren können und offensichtlich auch zu interfamiliären Protein-Interaktionen befähigt sind. Möglicherweise existiert zwischen den 47 kDa GTPasen ein komplexes Interaktionsnetzwerk, das ihre immunrelevanten Funktionen bestimmt. Neben der detailliert untersuchten Interaktion zwischen IIGP und mHk3 lassen sich von den weiterhin identifizierten Protein-Interaktionspartnern Funktionsmodelle für die 47 kDa GTPasen ableiten, die in dieser Arbeit eingehend diskutiert werden. Diese Moleküle könnten den Ausgangspunkt für zukünftige Forschungsarbeiten zum molekularen Wirkungsmechanismus der 47 kDa GTPasen darstellen.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-8048
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1201
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-904
Exam Date: 5-Oct-2004
Issue Date: 4-Mar-2005
Date Available: 4-Mar-2005
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): 47kDa GTPasen
Angeborene Immunabwehr
Hook3
IIGP
Interferon
Intrazelluläre Erreger
47 kDa GTPases
Hook3
IIGP
Innate immunity
Interferon
Intracellular pathogens
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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