Oxygen-dependent regulation of the activating transcription factor-4 (ATF-4)
Die Prolyl-4-Hydroxylase-Domäne-Enzyme 1-3 (PHD1-3) sind maßgeblich an der Regulation der Proteinstabilität der alpha-Untereinheit des Hypoxie-induzierbaren Faktors (HIF) beteiligt, welcher als wichtigster Transkriptionsfaktor der Sauerstoff-abhängigen Genexpression angesehen wird. Des Weiteren sind die PHDs auch an der Regulation Sauerstoff-abhängiger, aber HIF-unabhängiger Prozesse beteiligt. Zusätzlich sind vermehrt Hinweise für Isoform-spezifische Eigenschaften der PHDs gefunden worden. Aus diesen Gründen wurde im Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie ein Yeast-two hybrid Screen durchgeführt, mit dessen Hilfe neben anderen Faktoren der aktivierende Transkriptionsfaktor-4 (ATF-4) als neuer Isoform-spezifischer PHD3-Interaktionspartner identifiziert worden ist. Im Gegensatz dazu konnte keine Interaktion von ATF-4 mit PHD1 oder PHD2 sowie dem HIF-inhibierenden Faktor (FIH) nachgewiesen werden. ATF-4 ist an der Regulation der zellulären Stressantwort beteiligt und seine Expression wird wiederum durch verschieden Arten von Stress induziert. Weiterhin ist gezeigt worden, dass ATF-4 posttranslationell und auf Ebene der Proteinstabilität reguliert wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde nun erstmals die Sauerstoff-abhängige Regulation der ATF-4-Stabilität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Hypoxie oder die Runterregulation der PHD3 mRNA Expression, nicht aber Normoxie oder die Verminderung der PHD2 mRNA Expression zu erhöhten ATF-4-Proteinleveln führt. Diese Regulation erfolgt zudem HIF unabhängig. Reoxygenierungsexprimente zeigten, dass durch Inhibierung der PHD Aktivität mittles DMOG-Behandlung oder durch spezifische Runterregulation der PHD3 mRNA Expression der Abbau des ATF-4-Proteins im Vergleich zu normoxischen Bedingungen verlangsamt war. So konnte in der ATF-4-Sequenz auch eine Sauerstoff-abhängige Degradierungsdomäne (ODD) identifiziert werden, die an der Regulation von ATF-4 beteiligt ist. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die PHD3-abhängige normoxische Degradation von ATF-4 durch das Ubiquitin-Proteasom-System vermittelt wird. Bezüglich der ATF-4 Degradation durch das Ubiquitin-Proteasom-System wurde die Beteiligung der Ubiquitin-E3-Ligase beta-Transductin repeat containing protein (ß TRCP) nachgewiesen. Allerdings konnte mit Hilfe von Pull-down Experimenten oder durch Runterregulation der ß-TRCP mRNA Expression gezeigt werden, dass die normoxische Degradation von ATF-4 nicht ß-TRCP-abhängig ist. Auch eine Beteiligung der E3-Ubiquitin-Ligase von-Hippel Lindau Faktor (pVHL) konnte ausgeschlossen werden. Daher sind weitere Studien sind notwendig, um die Ubiquitin-E3-Ligase zu identifizieren, welche für die normoxische Degradation von ATF-4 verantwortlich ist. In weiteren Versuchen konnten durch Untersuchung der Expression von ATF-4-Zielgenen erste Hinweise erhalten werden, dass in Hypoxie stabilisiertes ATF-4 an der Regulation von Zellschicksalsentscheidungen beteiligt ist. Dieses Wissen über den Einfluss der PHDs auf zusätzliche Regelwege, neben der Regulation von HIF, ist für die Entwicklung klinischer Anwendungen von PHD-Inhibitoren von großem Nutzen. So könnten diese Inhibitoren für die Behandlung von Anämien genutzt werden oder sie könnten wegen ihres cytoprotktiven Effekts gegen Gewebeschäden Anwendung finden.
570 Biowissenschaften, Biologie, Biologie, ATF-4, Hypoxie, PHD3, Proteasom, β-TRCP, hypoxia, proteasome, 42, W
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