TY  - THES
A1  - Bausenwein, Burkhard
T1  - Funktionelle Charakterisierung von Daughter of Sevenless
T1  - Functional characterisation of Daughter of Sevenless
N2  - Ein Weg, der von Rezeptor-Tyrosin-Kinasen benutzt wird um Signale auf "downstream" gelegene Effektormoleküle zu übertragen, erfolgt über Adaptorproteine, die Bindungsstellen für verschiedene Proteine zur Verfügung stellen. Das daughter of sevenless (dos) Gen wurde in einem Screen nach Downstream-Komponenten der Sevenless (Sev) Rezeptor-Tyrosin-Kinase gefunden. Dos besitzt eine N-terminale PH-Domäne und mehrere Tyrosinreste in Konsensussequenzen für SH2-Domänen Bindungsstellen von verschiedenen Proteinen. Die strukturellen Merkmale von Dos und Experimente, die zeigten, daß Tyrosine im Dos Protein nach der Aktivierung von Sev phosphoryliert werden, legen den Schluß nahe, daß Dos zur Familie der Multi-Adaptor-Proteine gehört. Zu dieser Familie werden die Insulin-Rezeptor-Substrat (IRS) Proteine, Gab1 und Gab2 gerechnet. In dieser Arbeit wurde ein monoklonaler Maus anti-Dos Antikörper etabliert. Das Epitop dieses Antikörpers liegt im Bereich der C-terminalen 416 Aminosäuren des Dos Proteins. Mittels Westernblot Analysen wurde für Dos ein Molekulargewicht von 115 kD ermittelt. Antikörperfärbungen von wildtypischen Augenimaginalscheiben dritter Larven zeigten, daß das Dos Protein in Zellen in und posterior der morphogenetischen Furche exprimiert wird und in diesen Zellen apikal lokalisiert ist. Zur Charakterisierung des homozygot letalen dosR31 Allels, wurde der genomische Bereich sequenziert und die erhaltenen Daten mit der cDNA Sequenz verglichen. Die so etablierte Aminosäuresequenz für das DosR31 Protein hat sechs Aminosäuresubstitutionen, die möglicherweise die Tertiärstruktur beeinflussen. Zusätzlich wurde ein Stopcodon in Position 463 der Aminosäuresequenz gefunden. Bei dosR31 handelt es sich um ein "loss of function" Allel, das nicht in der Lage ist, die normale Dos Funktion zu erfüllen. Um die funktionelle Rolle der potentiellen SH2-Domänen Bindungsstellen für die Dos Funktion in der Rezeptor-Tyrosin-Kinasen vermittelten Signaltransduktion zu untersuchen, wurden mutierte dos Transgene in Fliegen exprimiert. Die potentiellen Bindungsstellen für die SH2-Domänen des SH2/SH3 Adaptorproteins Shc, der PhospholipaseC-g (PLCg), der regulatorische Untereinheit der Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3Kinase) und der Corkscrew (Csw) Tyrosin Phosphatase wurden durch den Austausch des für die Bindung wichtigen Tyrosins gegen ein Phenylalanin mutiert. Die ektopische Expression der mutierten Konstrukte ohne Bindungsstellen für die Shc, PLCg und PI3Kinasen SH2-Domänen konnte in Abwesenheit von endogenem Dos die fehlende Dos Funktion während der Entwicklung vollständig ersetzen. Im Gegensatz dazu ist das Tyrosin 801 als nachgewiesene Bindungsstelle für Csw SH2-Domänen essentiell für die Funktion von Dos. Ektopische Expression von Transgene durch Hitzeschock kann zu phänotypischen Effekten führen, die nicht auf das Transgen zurückzuführen sind. Um dieses Problem zu umgehen wurde das endogene dos Enhancer/Promotor Element kloniert, damit die Funktion von mutierten Transgenen auch im endogenen Expressionsmuster untersucht werden konnte. Das klonierte genE-dos Minigen war in der Lage, den Verlust von endogenem Dos in dosR31 und dosP115 Tieren vollständig zu ersetzen und zeigte eine völlig wildtypische Expression in Augenimaginalscheiben. Zur Untersuchung, welche Rolle die mutierten SH2-Domänen Bindungsstellen bei der Dos Funktion in der Augenentwicklung spielen, wurde ein neues in vivo Testsystem basierend auf der Flp/FRT Flipase Rekombinase Technik etabliert. Dieses klonale Testsystem erlaubt die Expression mutierter Transgene unter der Kontrolle der dos Enhancer/Promotor Sequenzen in Klonen von Zellen, denen die endogene Dos Funktion fehlt. Die klonale Analyse der mutierten Konstrukte konnte zeigen, daß das Tyrosin 801, als Bindungsstelle für eine Csw SH2-Domäne, eine essentielle Rolle für die Dos Funktion spielt. Die Tyrosinreste in den potentiellen SH2-Domänen Bindungsstellen für Shc, PLCg und PI3Kinase spielen hingegen keine essentielle Rolle für die Dos Funktion bei der Augenentwicklung. Das etablierte klonale Testsystem kann allgemein zur Untersuchung der in vivo Funktion von potentiellen Protein-Protein Interaktionsregionen im Dos Protein bei der Augenentwicklung eingesetzt werden unabhängig von deren Erfordernis für andere Entwicklungsprozesse.
N2  - One mechanism used by receptor tyrosine kinases to relay a signal to different downstream effector molecules is to use adaptor proteins that provide docking sites for a variety of proteins. The daughter of sevenless (dos) gene was isolated in a genetic screen for components acting downstream of the Sevenless (Sev) receptor tyrosine kinase. Dos contains a N-terminally located PH domain and several tyrosine residues within consensus binding sites for a number of SH2 domain containing proteins. The structural features of Dos and experiments demonstrating tyrosine phosphorylation of Dos upon Sev activation suggested that Dos belongs to the family of multisite adaptor proteins that include the Insulin Receptor Substrate (IRS) proteins, Gab1, and Gab2. In this work, a monoclonal mouse anti-Dos antibody was generated. The epitope of this antibody lies within the C-terminal 416 amino acids of the Dos Protein. Western Blot analyses of the Dos protein revealed a molecular mass of 115 kD. The staining of eye imaginal discs from wildtype third instar larvae with the monoclonal antibody showed that the Dos protein is expressed in cells in and posterior to the morphogenetic furrow. In this cells Dos localizes to the apical region. For the molecular characterisation of the homozygous lethal dosR31 allele, genomic sequence analysis were performed and the sequences compared to the dos cDNA sequence. The established amino acid sequence of the DosR31 protein showed six amino acid substitutions that potentially influence the tertiary structure of the protein. In addition, a stop codon in position 463 of the amino acid sequence was found. These results confirm that dosR31 is a loss-of-function allele which does not provide normal Dos function. To study the functional requirements of the potential SH2 domain binding sites for the Dos function in receptor tyrosine kinase mediated signaling processes, mutated dos transgenes were expressed in flies. The putative binding sites for the SH2 domains of the SH2/SH3 adaptor protein Shc, PhospholipaseC-g (PLCg), the regulatory subunit of Phosphatidylinositol-3-kinase (PI3kinase) and the Corkscrew (Csw) tyrosine phosphatase were mutated by changing the invariant tyrosine within the consensus sites into phenylalanine. Ectopic expression of the mutated constructs lacking the binding sites for the Shc, PLCg, and PI3kinase SH2 domains can substitute the loss of endogenous Dos function during development. In contrast, tyrosine 801, corresponding to a Corkscrew (Csw) SH2 domain binding site, is essential for Dos function. Ectopic expression of transgenes upon heat shock induction may lead to phenotypic effects not caused by the transgene. To circumvent this problem, the endogenous dos enhancer/promotor element was cloned to study the function of the mutated transgenes expressed in a wildtype pattern. The cloned genE-dos minigene was able to fully substitute the loss of endogenous Dos function in dosR31 and dosP115 animals and shows wildtype like expression in eye imaginal discs. To study the role of the mutated SH2 domain binding sites for Dos function in eye development, a new in vivo test system based on the Flp/FRT flipase recombinase system was established. This clonal assay system allows the expression of the mutated transgenes under the control of the dos enhancer/promotor in clones of cells lacking endogenous Dos function. Expression of mutated transgenes in clones of cells lacking endogenous Dos function provided evidence that tyrosine residue Y801 that has been shown to bind a Csw SH2 domain is critical for Dos function. The tyrosine residues within the potential SH2 domain binding sites for Shc, PLCg and PI3kinase do not play an essential role for the Dos function during eye development. The established clonal test system is of general use for assaying the in vivo function of putative protein-protein interaction regions within the Dos protein for eye development irrespective of their requirement in other developmental processes.
KW  - Taufliege
KW  - Auge
KW  - Ontogenie
KW  - Signaltransduktion
KW  - Genregulation
KW  - Daughter of Sevenless
KW  - Multi-Adaptor-Protein
KW  - PH-Domäne
KW  - SH2-Domänen Bindungsstelle
KW  - Rezeptor-Tyrosin-Kinase
KW  - Signaltransduktion
KW  - Daughter of Sevenless
KW  - multi-adaptor-protein
KW  - PH-domain
KW  - SH2-domain binding site
KW  - receptor tyrosin kinase
KW  - signal transduction
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-814
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baljuls, Angela
T1  - Differences and Similarities in the Regulation of RAF Isoforms: Identification of Novel A-RAF Phosphorylation Sites
T1  - Unterschiede und Ähnlichkeiten in der Regulierung der RAF Isoformen : Identifizierung der neuen A-RAF Phosphorylierungsstellen
N2  - In mammals, the RAF family of serine/threonine kinases consists of three members, A-, B- and C-RAF. Activation of RAF kinases involves a complex series of phosphorylations. Although the most prominent phosphorylation sites of B- and C-RAF are well characterized, little is known about regulatory phosphorylation of A-RAF. Using mass spectrometry, we identified here a number of novel in vivo phosphorylation sites in A-RAF. The physiological role and the function of these sites were investigated subsequently by amino acid exchange at the relevant positions. In particular, we found that S432 participates in MEK binding and is indispensable for A-RAF signaling. On the other hand, phosphorylation within the activation segment does not contribute to epidermal growth factor-mediated activation. Regarding regulation of A-RAF activity by 14-3-3 proteins, we show that A-RAF activity is regulated differentially by its C-terminal and internal 14-3-3 binding domain. Furthermore, by use of SPR technique, we found that 14-3-3 proteins associate with RAF in an isoform-specific manner. Of importance, we identified a novel regulatory domain in A-RAF (referred to as IH-segment) positioned between amino acids 248 and 267, which contains seven putative phosphorylation sites. Three of these sites, serines 257, 262 and 264, regulate A-RAF activation in a stimulatory manner. The spatial model of the A-RAF fragment including residues between S246 and E277 revealed a “switch of charge” at the molecular surface of the IH-region upon phosphorylation, suggesting a mechanism in which the high accumulation of negative charges may lead to an electrostatic destabilization of protein/membrane interaction resulting in depletion of A-RAF from the plasma membrane. Activation of B- and C-RAF is regulated by phosphorylation at conserved residues within the negative-charge regulatory region (N-region). Identification of phosphopeptides covering the sequence of the N-region led to the conclusion that, similar to B- and C-RAF, kinase activity of A-RAF is regulated by phosphorylation of the N-region. Abrogation of A-RAF activity by S299A substitution and elevated activity of the A-RAF-Y301D-Y302D mutant confirmed this conclusion. In addition, we studied the role of the non-conserved residues within the N-region in the activation process of RAF kinases. The non-conserved amino acids in positions –3 and +1 relative to the highly conserved S299 in A-RAF and S338 in C-RAF have so far not been considered as regulatory residues. Here, we demonstrate that Y296R substitution in A-RAF led to a constitutively active kinase. In contrast, G300S substitution (mimicking B- and C-RAF) acts in an inhibitory manner. These data were confirmed by analogous mutations in C-RAF. Based on the three-dimensional structure of the catalytic domain of B-RAF, a tight interaction between the N-region residue S339 and the catalytic domain residue R398 was identified in C-RAF and proposed to inhibit the kinase activity of RAF proteins. Furthermore, Y296 in A-RAF favors a spatial orientation of the N-region segment, which enables a tighter contact to the catalytic domain, whereas a glutamine residue at this position in C-RAF abrogates this interaction. Considering this observation, we suggest that Y296, which is unique for A-RAF, is a major determinant of the low activating potency of this RAF isoform. Finally, the residues R359 in A-RAF and R398 in C-RAF, which interact with the N-region, are also involved in binding of phosphatidic acid. Substitution of this conserved arginine by alanine resulted in accumulation of hyper-phosphorylated form of RAF, suggesting that this residue play a crucial role in phosphorylation-mediated feedback regulation of A- and C-RAF. Collectively, we provide here for the first time a detailed analysis of in vivo A-RAF phosphorylation status and demonstrate that regulation of A-RAF by phosphorylation exhibits unique features compared with B- and C-RAF.
N2  - Die Protein-Familie der Serin/Threonin-spezifischen RAF-Kinasen umfasst in Säugetieren drei Mitglieder, A-, B- und C-RAF. Bei der Aktivierung dieser Kinasen spielen Phosphorylierungs-ereignisse eine entscheidende Rolle. Im Gegensatz zu B- und C-RAF, deren Phosphorylierungsstellen ausgiebig charakterisiert sind, blieb die Phosphorylierung von A-RAF weitgehend unerforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden unter Verwendung der massenspektrometrischen Analyse zahlreiche neue in vivo A-RAF-Phosphorylierungsstellen identifiziert. Die physiologische Relevanz und die Funktion dieser Stellen wurden anschließend durch Aminosäurenaustausch an den relevanten Positionen untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass S432 in der A-RAF-Bindung zu MEK involviert und für die Signalweiterleitung unverzichtbar ist. Hingegen ist die EGF-bedingte A-RAF-Aktivierung nicht von der Phosphorylierung innerhalb des Aktivierungssegments abhängig. Hinsichtlich der Regulation von A-RAF-Aktivierung durch 14-3-3-Proteine, wurde hier gezeigt, dass die katalytische Aktivität von A-RAF durch die C-terminale und die interne 14-3-3-Bindungsdomänen unterschiedlich reguliert wird. Weiterhin wurde mittels SPR-Verfahren festgestellt, dass die Interaktion von 14-3-3-Proteinen mit RAF-Kinasen einen isoformspezifischen Charakter trägt. Von entscheidender Bedeutung war die Entdeckung einer neuen regulatorischen Domäne (hier als IH-Segment bezeichnet), die in der A-RAF-Sequenz die Aminosäuren 248 bis 267 umfasst und sieben A-RAF-spezifische Phosphorylierungsstellen enthält. Drei dieser Stellen, S257, S262 und S264, erwiesen sich als positive Regulatoren der A-RAF-Aktivierung. Das räumliche Modell dieses A-RAF-Fragments deckte eine „Ladungsumkehr“ an der molekularen Oberfläche der IH-Region infolge der Phosphorylierung auf. Dieser Befund begründete den Vorschlag eines Regulations-mechanismus, in dem die starke Akkumulierung der negativen Ladungen zu einer elektrostatischen Destabilisierung der Protein-Membran-Interaktion führt, was die Verdrängung der A-RAF-Kinase von der Plasma-Membran zur Folge haben könnte. Die Aktivierung von B- und C-RAF wird durch Phosphorylierung der sogenannten „negativ geladenen“ Region (N-Region) reguliert. Die Identifizierung mehrerer Phosphopeptide aus der N-Region von A-RAF veranlasste die Schlussfolgerung, dass die A-RAF-Aktivität ebenfalls durch die Phosphorylierung innerhalb dieser Region gesteuert werden könnte. In der Tat, die Aufhebung der A-RAF-Aktivität durch die S299A-Substitution und die erhöhte Aktivität der A-RAF-Y301D-Y302D-Mutante bestätigen diese Aussage. Darüberhinaus wurde die Rolle der nichtkonservierten Aminosäuren an den Positionen –3 und +1 relativ zum S299 in A-RAF und S338 in C-RAF im Aktivierungsprozess der RAF-Kinasen untersucht, nachdem diese ursprünglich nicht als regulatorische Stellen erkannt wurden. Es wird hier demonstriert, dass Y296R-Substitution der A-RAF-Kinase eine konstitutive Aktivität verleiht. Hingegen wirkte die G300S-Substitution, die von B- und C-RAF abgeleitet wurde, inhibitorisch. Diese Befunde wurden durch die analogen Mutationen in C-RAF bestätigt. Basierend auf der dreidimensionalen Struktur der katalytischen Domäne von B-RAF wurde eine Interaktion zwischen der N-Region und der katalytischen Domäne in A- und C-RAF festgestellt, die zu einer Inhibierung der Aktivität führen soll. Darüberhinaus wurde gezeigt, dass die räumliche Ausrichtung von Y296 in der N-Region von A-RAF einen engen Kontakt mit der katalytischen Domäne ermöglicht; dagegen hebt Glutamin in dieser Position die Interaktion auf. In Anbetracht dieser Befunde wurde vorschlagen, dass das A-RAF-spezifische Y296 das niedrige Aktivierungs-potential dieser RAF-Isoform determiniert. In diesem Zusammenhang wurde auch gefunden, dass die Aminosäuren R359 in A-RAF und R398 in C-RAF eine duale Funktion besitzen, indem sie sowohl mit der N-Region als auch mit Lipiden in Wechselwirkung treten können. Substitution dieser konservierten Arginine durch Alanin führte zur Akkumulierung der hyperphosphorylierten Formen der RAF-Kinasen, was die Schlussfolgerung erlaubt, dass diese Reste eine wichtige Rolle in der ERK-vermittelten Feedback-Regulation von A- und C-RAF spielen. Insgesamt wird hier zum ersten Mal eine detaillierte Analyse der in vivo A-RAF-Phosphorylierung geliefert und gezeigt, dass die phosphorylierungsvermittelte Regulation von A-RAF einzigartige Merkmale innerhalb der Familie von RAF-Kinasen aufweist.
KW  - Raf <Biochemie>
KW  - Phosphorylierung
KW  - Signaltransduktion
KW  - RAF kinases
KW  - phosphorylation
KW  - signal trunsduction
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36135
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baig, Ayesha Anjum
T1  - Studies on platelet interactions with the coagulation system and on modulators of platelet (hem)ITAM signaling in genetically modified mice
T1  - Studien zur Thrombozyteninteraktion mit der Gerinnungskaskade und Modulation des (hem)ITAM Signalwegs in genetisch veränderaten Mäusen
N2  - Activated platelets and coagulation jointly contribute to physiological hemostasis. However, pathological conditions can also trigger unwanted platelet activation and initiation of coagulation resulting in thrombosis and precipitation of ischemic damage of vital organs such as the heart or brain. The specific contribution of procoagulant platelets, positioned at the interface of the processes of platelet activation and coagulation, in ischemic stroke had remained uninvestigated. The first section of the thesis addresses this aspect through experiments conducted in novel megakaryocyte- and platelet-specific TMEM16F conditional KO mice (cKO). cKO platelets phenocopied defects in platelets from Scott Syndrome patients and had severely impaired procoagulant characteristics. This led to decelerated platelet-driven thrombin generation and delayed fibrin formation. cKO mice displayed prolonged bleeding times and impaired arterial thrombosis. However, infarct volumes in cKO mice were comparable to wildtype (WT) mice in an experimental model of ischemic stroke. Therefore, while TMEM16F-regulated platelet procoagulant activity is critical for hemostasis and thrombosis, it is dispensable for cerebral thrombo-inflammation in mice. 

The second section describes the generation and initial characterization of a novel knockin mouse strain that expresses human coagulation factor XII (FXII) instead of endogenous murine FXII. These knockin mice had normal occlusion times in an experimental model of arterial thrombosis demonstrating that human FXII is functional in mice. Therefore, these mice constitute a valuable tool for testing novel pharmacological agents against human FXII – an attractive potential target for antithrombotic therapy.

Glycoprotein (GP)VI and C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2)-mediated (hem)immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) signaling represent a major pathway for platelet activation. The last section of the thesis provides experimental evidence for redundant functions between the two members of the Grb2 family of adapter proteins - Grb2 and Gads that lie downstream of GPVI and CLEC-2 stimulation. In vitro and in vivo studies in mice deficient in both Grb2 and Gads (DKO) revealed that DKO platelets had defects in (hem)ITAM-stimulation-specific activation, aggregation and signal transduction that were more severe than the defects observed in single Grb2 KO or Gads KO mice. Furthermore, the specific role of these adapters downstream of (hem)ITAM signaling was essential for maintenance of hemostasis but dispensable for the known CLEC-2 dependent regulation of blood-lymphatic vessel separation.
N2  - Aktivierte Thrombozyten und die Gerinnungskaskade bilden gemeinsam die Grundlage der physiologischen Hämostase. Daneben können jedoch auch pathologische Bedingungen Thrombozytenaktivierung herbeiführen und die Gerinnungskaskade auslösen und somit zum Gefäßverschluss führen, was häufig ischämische Schäden lebenswichtiger Organe wie beispielsweise des Herzens oder des Gehirns verursachen kann. Prokoagulante Thrombozy-ten befinden sich an der Schnittstelle zwischen Thrombozytenaktivierung und der Gerin-nungskaskade, ihre Funktion bei der Pathogenese des ischämischen Schlaganfalls wurde jedoch bisher nicht im Detail untersucht. Der erste Teil dieser Doktorarbeit widmet sich dieser Fragestellung durch die Analyse von neu generierten konditionalen, Megakaryozyten- und Thrombozyten-spezifischen Tmem16f Knockout Mäusen. TMEM16F-defiziente Thrombozy-ten wiesen ähnliche Defekte wie die Thrombozyten von Scott-Syndrom-Patienten sowie stark beeinträchtigte prokoagulante Eigenschaften auf. Diese Defekte gingen mit signifikant verlangsamter thrombozytenabhängiger Thrombingenerierung und verzögerter Fibrinbildung einher. TMEM16F-Defizienz führte zu verlängerter Blutungszeit und beeinträchtigte in einem experimentellen Modell die Bildung arterieller Thromben. TMEM16F-defiziente Mäuse wiesen jedoch im Vergleich zu wildtypischen Mäusen keinerlei Unterschiede im experimentellen ischämischen Schlaganfall auf. TMEM16F-gesteuerte prokoagulante Thrombozytenfunktion ist demnach kritisch für Hämostase und Thrombose, während sie eine untergeordnete Rolle in zerebraler Thrombo-Inflammation spielt.

Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Generierung und Erstbeschreibung einer neuen Mauslinie, welche den humanen Hageman-Faktor (FXII) anstelle des endogenen murinen FXII exprimiert. In den resultierenden Knock-in Mäusen war die Bildung okklusiver arterieller Thromben nach chemisch induzierter Gefäßverletzung nicht beeinträchtigt, was zeigt, dass der humane FXII im Maussystem voll funktionstüchtig ist. Somit können diese Mäuse in der Zukunft als ein wertvolles Werkzeug zum Testen neuer pharmakologischer Ansätze zur Herabsetzung der FXII-Aktivität eingesetzt werden, welche einen vielver-sprechenden Targets neuartiger antithrombotischer Behandlungsansätze darstellt.

Die thrombozytären Rezeptoren Glykoprotein (GP)VI und C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) lösen (hem)immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-gekoppelte Signalwege aus, welche eine eine Schlüsselrolle in der Thrombozytenaktivierung spielen. Der dritte Teil dieser Doktorarbeit liefert experimentelle Hinweise für überlappende Funkti-onen der Adapterproteine Grb2 und Gads in der (hem)ITAM-anhängigen Signalkaskade. In vitro und in vivo Studien zeigten, dass Grb2/Gads-doppeldefiziente Thrombozyten (hem)ITAM-spezifische Defekte in der Aktivierung, Aggregation und Signaltransduktion aufweisen, die im Vergleich zu einzeldefizienten Thrombozyten deutlich ausgeprägter sind und somit eine redundante Rolle der Adapterproteine offenbaren. Während Grb2 und Gads gemeinsam an der Aufrechterhaltung physiologischer Hämostase beteiligt sind, tragen sie nicht entscheidend zur bekannten CLEC-2-abhängigen Regulation der Trennung von Blut- und Lymphgefäßen bei.
KW  - Blutgerinnung
KW  - Thrombozyt
KW  - Signaltransduktion
KW  - Maus
KW  - Thrombosis
KW  - Thrombo-inflammation
KW  - TMEM16F
KW  - (hem)ITAM signaling
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164888
ER  - 
TY  - THES
A1  - Agerer, Franziska
T1  - Integrin-vermittelte Invasion von Staphylococcus aureus in Säugerzellen
T1  - Integrin mediated internalisation of Staphylococcus aureus in human cells
N2  - Der Gram-positive Erreger Staphylococcus aureus ist ein Bestandteil der normalen Haut und Schleimhautflora des Menschen, kann aber auch ein weites Spektrum von Krankheitsbildern hervorrufen. Ein besonderes Charakteristikum dieses Pathogens besteht in der Expression von Oberflächenstrukturen, welche eine hohe Affinität für Proteine der extrazellulären Matrix (ECM) von eukaryontischen Organismen aufweisen und die kollektiv als MSCRAMM (microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules) bezeichnet werden. Das auf der Bakterienoberfläche gebundene Fn kann in der Folge als eine Art molekulare Brücke zwischen FnBP exprimierenden S. aureus und dem Fn-Rezeptor auf der Wirtszellseite, dem Integrin 51, dienen. Neben der Anheftung an das Wirtsgewebe kann die indirekte Assoziation mit Integrin 51 die Aufnahme der Bakterien durch die eukaryontische Zelle auslösen. Wie die bakterielle Adhäsion an Integrin 51 und die Aggregation der Integrine durch die mit Fn-beschichteten Bakterien in ein Signal zur Aufnahme der Pathogene durch die Zelle umgesetzt wird, ist nicht vollständig geklärt und sollte im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde ein neues und effektives Protokoll zur fluoreszenzmikroskopischen Differenzierung von extra- und intrazellulären Bakterien entwickelt. Diese Methode besitzt den Vorteil, von Bakterien-spezifischen Antikörpern unabhängig zu sein. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, Bakterien, gegen die es noch keine spezifischen Antiseren gibt, dennoch auf ihre zelluläre Lokalisation und Invasivität mittels mikrobiologischer Methoden untersuchen zu können. Im Hinblick auf die nähere Untersuchung der Signaltransduktion bei der Invasion von S. aureus war die kritische Rolle von Tyrosinkinasen für die Integrin-vermittelte Invasion ein erster wichtiger Hinweis. Diese Befunde führten zu weiteren spezifischeren Untersuchungen, wobei eine wichtige Rolle für Kinasen der Src Familie gezeigt werden konnte. Ein weiterer Hinweis auf die Bedeutung der Src-Kinasen für die Internalisierung von S. aureus war ein dramatischer Rückgang der Aufnahmerate in Src/Yes/Fyn-defizienten Maus-Fibroblasten, verglichen mit Src-rekonstituierten Zellen. Auf biochemischer Ebene konnte eine deutliche Aktivierung der Src-Kinase nach einer Infektion mit S. aureus, nicht aber nach Infektion mit dem nicht-pathogenen S. carnosus festgestellt werden. Integrin-reiche fokale Kontakte (FK) sind angereichert mit Proteinen wie Talin, Vinculin, Paxillin, Tensin, -Actinin oder Zyxin sowie Signalenzymen wie der Fokalen Adhäsions Kinase (FAK) oder Kinasen der Src Familie. Die Protein Tyrosin Kinase (PTK) FAK ist nach Integrinstimulierung eines der Schlüsselenzyme in FK. Dies war der Anlass nach der Bedeutung von FAK für die Integrin-vermittelte Internalisierung von S. aureus zu fragen. Ebenfalls ein wichtiger Hinweis waren die starken Rekrutierungen von Markerproteinen von fokalen Komplexen zum Ort von zellgebunden S. aureus nicht aber von S. carnosus. Daraufhin wurde mittels dominant-negativer FAK-Mutanten und FAKdefizienter Mausfibroblasten der Einfluss von FAK für die Internalisierung von S. aureus untersucht. Bei beiden Versuchsansätzen konnte ein starker Rückgang der Aufnahme beobachtet werden. Zusammengefasst bestätigten diese Ergebnisse die essentielle Rolle von FAK für die Integrin vermittelte Aufnahme der pathogenen S. aureus. Bei der Reorganisation des Aktin-Zytoskeletts spielen eine Reihe von Proteinen eine wichtige Rolle, darunter auch Cortactin. Cortactin ist ein bekanntes Substrat der Src-Kinasen und es lag nahe, nach einer funktionellen Verbindung von Src, FAK und Cortactin zu suchen. Dominant-negative Cortactin-Mutanten, die keine Assoziation mit dem Arp2/3 Komplex oder mit Dynamin aufweisen, oder welche die von Src-vermittelte Phosphorylierung am C-Terminus verhindern, blockierten die Aufnahme von S. aureus. Mikroskopisch konnte eine starke Rekrutierung von Cortactin zu zellgebundenen S. aureus beobachtet werden, jedoch wurde die Rekrutierung nicht von FAK beeinflusst. Die Phosphorylierung von Cortactin aufgrund S. aureus-Infektion war allerdings FAK- und Src-abhängig. Diese Ergebnisse legen nahe, dass ine bisher unbeschriebene FAK/Src Cortactin Signalachse für die Regulation der Integrin-Internalisierung verantwortlich ist. Die detaillierten Untersuchungen der rezeptorvermittelten Aufnahme und der dabei induzierten Signaltransduktion in Wirtszellen gaben neue Erkenntnisse über die Pathogenitätsstrategien von S. aureus. Darüber hinaus ermöglichen diese Arbeiten neue Einblicke in die molekularen Vorgänge, welche die Internalisierung von Integrinen steuern.
N2  - The gram-positive bacterium S. aureus is part of the normal skin and mucosal flora of humans, but it can also give rise to a wide spectrum of infectious diseases. Virulence-associated features of this pathogen include surface structures that interact with extracellular matrix (ECM) proteins of eukaryotic organisms. These adhesins have been collectively termed MSCRAMMs (microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules). Fibronectin (Fn) binding to bacterial FnBPs functions as a molecular bridge linking the pathogen to the principal cellular Fn receptor, the integrin 51. In addition to allowing adherence of the bacteria to the host cell surface, the clustering of integrins also leads to the internalization of the microorganisms. How the integrin engagement by the fibronectin-coated bacteria is transduced into the cell and how this signal initiates bacterial engulfment is poorly characterized. Therefore, the major aim of this work was to identify host components that regulate integrin-dependent internalization of pathogenic S. aureus. As a first step, a novel and elegant microscopic method for the evaluation of bacterial invasiveness into eukaryotic cells was developed. The protocol is based on differential fluorescent staining of extracellular and intracellular bacteria and allows quantification of bacterial invasiveness using a fluorescence microscope. The most important advance of this method is the fact, that the bacteria are covalently labeled and therefore, robust and invariant staining of the total bacterial population is achieved. In addition, the protocol does not rely on bacteria-specific antibodies making this the method of choice in case specific antisera against the pathogen are not available. Functional analysis of signaling pathways involved in the uptake process revealed an important role for protein tyrosine kinases (PTKs) during integrin-mediated internalisation of S. aureus. The important function of Src PTKs was further corroborated by the dramatic decrease of S. aureus uptake by Src/Yes/Fyn-deficient cells compared to Src-expressing cells. Biochemically, a significant activation of Src PTKs was observed in human epithelial cells in response to infection with S. aureus, whereas there was no activation after an infection with the non-pathogenic S. carnosus. Integrin-initiated focal contacts (FC) are enriched in specific marker proteins such as vinculin, paxillin, tensin, actinin, or zyxin as well as signaling enzymes including the focal adhesion kinase (FAK) or Src PTKs. In contrast to S. carnosus, contact of S. aureus with the eukaryotic host cell membrane resulted in strong recruitment of FC marker proteins to the site of adherent bacteria. To investigate the role of FAK for the internalization of S. aureus, dominantnegative FAK-mutants and FAK-deficient mouse cells were infected with the pathogen. In all cases, a major reduction in the number of internalized S. aureus was observed. Taken together these results demonstrated an essential role of FAK for the integrin-mediated uptake of S. aureus and suggested that an active FAK/Src complex regulates bacterial internalization via integrins. In a further approach, effectors of the FAK/Src complex and potential regulators of actin cytoskeleton dynamics during internalization of S. aureus were investigated. Biochemical analysis of infected cells revealed the actin-binding protein cortactin as a major tyrosine phosphorylated protein in response to pathogenic staphylococci. Furthermore, cortactin was recruited to the vicinity of cell-bound S. aureus, but not to S. carnosus. Various dominant-negative cortactin mutants that were either compromised in their association with the Arp2/3 complex or dynamin-2, or that lacked critical tyrosine phosphorylation sites in the C-terminal domain interfered with the uptake of S. aureus. As both FAK and cortactin are substrates of active Src kinases and both are responsive to integrin stimulation, it was hypothesized that there is a functional link between FAK, Src, and cortactin. Though the recruitment of cortacin to the vicinity of cell-bound S. aureus was not influenced by the presence of FAK, the phosphorylation status of cortactin after infection with S. aureus or after integrin stimulation by a fibronectin matrix was dependent on both FAK and Src. Together, these results reveal a novel FAK/Src-cortactin signalling axis regulating integrin internalisation. The detailed examination of the FnBP-triggered, integrin-mediated bacterial uptake offers new insight into the pathogenicity strategies of S. aureus and might open up novel avenues for therapeutic intervention. In addition, this work furthers our understanding of the molecular processes regulating the internalisation of integrins.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Integrine
KW  - Infektion
KW  - Signaltransduktion
KW  - Invasion
KW  - S.aureus
KW  - Integrine
KW  - Signaltransduktion
KW  - invasion
KW  - S.aureus
KW  - integrin
KW  - signal transduction
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14557
ER  -