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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Biologie  → Fachgebiet Biochemie  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2015020247294

Title: Neurochondrin und Rack1 vermitteln die Signalintegration der Proteinkinase A
Authors: Hermann, Jennifer Sarah Martina
???metadata.dc.subject.swd???: Proteinkinase ACyclo-AMP
???metadata.dc.subject.ddc???: 500 - Naturwissenschaften (Natural sciences and mathematics)
Issue Date: 2-Feb-2015
Abstract: Die Spezifität und Effizienz zellulärer Signalprozesse wird durch die intrazelluläre Kompartimentierung von Signalmolekülen erreicht. A-Kinase-Ankerproteine (AKAPs) bilden eine Familie aus Gerüstproteinen, die zeitliche und räumliche Lokalisation der cAMP-abhängigen Proteinkinase (PKA) übernehmen. Die direkte Interaktion wird dabei über die Dimerisierungs- und Dockingdomäne (DD-Domäne) der regulatorischen Untereinheiten von PKA vermittelt. Das charakteristische strukturelle Merkmal bei kanonischen AKAPs ist eine amphipathische Helix. Es existiert allerdings auch eine kleine Gruppe von nicht-kanonischen AKAPs, deren Bindung an die DD-Domäne nicht über eine amphipathische Helix vermittelt wird. In dieser Arbeit wurden die zwei potentiellen nicht-kanonischen AKAPs Neurochondrin (neurite-outgrowth promoting protein) und Rack1 (receptor of activated C-kinase 1) charakterisiert. Neurochondrin, dessen Expression mit dem Neuriten-Wachstum in jungen Neuronen korreliert ist und das vermutlich eine entscheidende Funktion bei der Langzeitpotenzierung im Hippocampus übernimmt, zeigt in SPR-Bindungsstudien eine hochaffine, nanomolare Interaktion mit der R-Untereinheit Typ IIalpha von PKA. Kompetitionsanalysen mit dem AKAP-Disruptor-Peptid Ht 31 und Untersuchungen mit der isolierten DD-Domäne von RIIalpha bestätigen eine spezifische Interaktion. Das nicht-kanonische RII-Bindemotiv von Neurochondrin ist aus zwei Domänen aufgebaut, die einen hohen alpha-helikalen Anteil besitzen, aber keine amphipathische Helix bilden. Peptidbasierte Interaktionsstudien der einzelnen Domänen zeigen dennoch ebenfalls nanomolare Affinitäten zu RIIalpha. Rack1 ist ein etabliertes Gerüstprotein mit einer propellerartigen beta-Faltblattstruktur, für das bereits über 100 verschiedene Interaktionspartner beschrieben werden konnten. Die Integration von Rack1 in unterschiedliche Signalprozesse ist äußerst vielfältig. Um dabei die Spezifität jeder einzelnen Interaktion zu gewährleisten, sind individuelle Bindungsstrategien nötig. Die niedrigaffine Interaktion zur RIbeta-Untereinheit von PKA wird daher über multiple Bindestellen vermittelt. Die DD-Domäne von RIbeta übernimmt dabei eine spezifische Funktion, wie unter anderem durch Kompetitionsanalysen mit dem RI-spezifischen AKAP-Disruptor-Peptid RIAD gezeigt werden konnte. Die einzigartige Struktur der DD-Domäne generiert zudem ein Bindemotiv für Rack1, das Ähnlichkeiten mit der „Rack1 interacting-Domäne“ (RAID) von PDE4D5 aufweist. Sowohl Neurochondrin als auch Rack1 besitzen essenzielle neuronale Funktionen. Daher erweitert die Identifizierung der beiden neuen nicht-kanonischen AKAPs nicht nur die strukturelle Diversität der AKAP-Familie, sondern trägt zudem zum Verständnis der neuronalen Signalintegration von PKA bei.Specificity and efficiency in cell signaling can be achieved by targeting signaling molecules to subcellular compartments. A-kinase anchoring proteins (AKAPs) include a family of scaffolding proteins that provide spatial and temporal regulation of cAMP dependent protein kinase (PKA). The interaction of PKA with AKAPs is mediated by the dimerization and docking (DD) domain of regulatory (R) subunit dimers. The PKA-anchoring domain of canonical AKAPs consists of structurally conserved amphipathic helices. Furthermore, so called noncanonical AKAPs contain divergent PKA-anchoring domains. In this work, Neurochondrin (neurite-outgrowth promoting protein) and Rack1 (receptor of activated C-kinase), two potential noncanonical AKAPs, were characterized. Neurochondrin is a neuronal cytoplasmic protein, which was originally described in the context of chemically induced long term potentiation (LTP) in rat hippocampus. Further studies revealed that Neurochondrin overexpression promotes neurite-outgrowth. In this study, the direct interaction between Neurochondrin and the type IIalpha regulatory subunit of PKA was monitored. SPR measurements revealed binding constants in the nanomolar range. By using the PKA anchoring disruptor peptide Ht 31 and the isolated DD domain from RIIalpha it could be shown that the interaction is mediated by the RIIalpha DD domain. Neurochondrin contains a noncanonical PKA anchoring domain which consists of two alpha-helical segments. Amphipathic helices could not be detected. However, interaction studies with these segments (Neurochondrin peptides) revealed high affinity binding to RIIalpha. Rack1 is a highly conserved intracellular adaptor protein which adopts a seven-bladed beta-propeller structure. Thus, more than 100 proteins are known to interact with Rack1. It has been implicated in manifold cellular processes. To ensure specificity, individual binding strategies for Rack1 interaction partners have been developed. The interaction between Rack1 and type Ibeta regulatory subunit of PKA lacks multiple binding sites. However, low affinity binding was monitored during SPR measurements. Using the RI-specific anchoring disruptor peptide RIAD a binding site for Rack1 could be localized in the DD domain of RIbeta. It is known that the DD domain of RIbeta exhibits a unique structure. This results in a Rack1 binding motif which shows analogy to the Rack1 interacting domain (RAID) of PDE4D5. Neurochondrin as well as Rack1 have fundamental roles in neuronal signaling. Their AKAP function improves the understanding of neuronal PKA signal integration. Furthermore both proteins contribute to the structural diversity of noncanonical AKAPs.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2015020247294
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