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Unravelling rescue mechanisms of stalled proteasome complexes
Katarina Belacic
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
David Haselbach
DOI
10.25365/thesis.72274
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-19002.31221.453178-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die effiziente Beseitigung von Proteinen, deren Anwesenheit in Zellen nicht mehr erforderlich ist oder die toxischen Eigenschaften haben, ist für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase von entscheidender Bedeutung. Der 26S-Proteasom-Komplex ist das endgültige Ziel von Proteinen, die über das Ubiquitin-Proteasom-System abgebaut werden sollen. Eine Fehlfunktion des 26S-Proteasoms wurde bei mehreren menschlichen Erkrankungen festgestellt, darunter auch bei einer Reihe von neurodegenerativen Erkrankungen, bei denen sich mutierte Proteine aufgrund ihrer Resistenz gegenüber dem proteasomalen Abbau ansammeln. Obwohl die allgemeine Regulierung des 26S-Proteasoms weitgehend erforscht ist, sind die potenziellen Mechanismen zur Rettung von schlecht funktionierenden 26S-Proteasomen noch weitgehend unbekannt. Die ZFAND-Proteinfamilie wurde beim Menschen in die Regulierung des 26SProteasoms unter Bedingungen einbezogen, die eine erhöhte proteasomale Aktivität erfordern, wie Muskelschwund und proteotoxische Bedingungen. Insbesondere ZFAND2a wird unter Bedingungen wie Hitzestress, Arsenitvergiftung und Proteasominhibition induziert und bindet dann direkt an das 26S-Proteasom, was auf eine mögliche Rolle von ZFAND2a als Rettungsfaktor für schlecht funktionierende 26S-Proteasome hinweist. Darüber hinaus erhöht das C.elegans-Homolog von ZFAND2a den proteasomalen Abbau von Aβ-Peptid und Polyglutamin-Protein, die bei der Alzheimer- bzw. Huntington-Krankheit vorkommen. Hier untersuchten wir die funktionellen Eigenschaften des 26S-Proteasom-Komplexes in Anwesenheit von ZFAND2a unter Verwendung eines Modell-Kontrollsubstrats und eines toxischen Substrats mit Polyglutamin-Wiederholung. Ich konnte zeigen, dass die Bindung von ZFAND2a an das 26S-Proteasom unter in vitro Bedingungen weder den allgemeinen Proteinabbau verstärkt noch einen effizienten Abbau von Proteinen mit Polyglutamin- Wiederholungen ermöglicht. Die Strukturanalyse des an den 26S-Proteasom-Komplexe gebundenen ZFAND2a ergab, dass ZFAND2a an die 26S Untereinheiten Rpn1 und Rpn7 bindet und eine längliche Form aufweist. Die Beobachtung, dass sich der an ZFAND2a gebundene 26S-Proteasom-Komplex in einem Substrat-akzeptierenden Zustand befindet, lässt vermuten, dass die Bindung von ZFAND2a eine regulatorische Rolle spielt, die vor der Substratbindung liegt. Somit könnte die Rolle von ZFAND2a eher einen strukturellen als einen funktionellen Zweck haben, wie z. B. die Erhöhung der Stabilität oder die Rekrutierung zusätzlicher Faktoren, die für die Rettung erforderlich sind, um zu erfolgen.
Abstract
(Englisch)
Efficient removal of proteins whose presence in cells is not required or have toxic properties is crucial for maintaining cellular homeostasis. The 26S proteasome complex represents a final destination of proteins targeted for degradation via the ubiquitin-proteasome system. Malfunction of the 26S proteasome has been implicated in several human pathologies, including neurodegenerative disorders, where mutant proteins accumulate due to their resistance towards proteasomal degradation. Although general regulation of the 26S proteasome has been widely investigated, the potential rescue mechanisms of malfunctioning 26S proteasomes are fairly unknown. The ZFAND protein family in humans has been implicated in the regulation of the 26S proteasome under conditions that require increased proteasomal activity such as muscle atrophy and proteotoxic conditions. Particularly, ZFAND2a is induced upon heat stress, arsenite intoxication, and proteasome inhibition; after which, it directly binds the 26S proteasome. This points towards ZFAND2a’s potential role as a rescue factor for malfunctioning 26S proteasomes. Moreover, the C.elegans homolog of ZFAND2a increases proteasomal degradation of Aβ peptide and polyglutamine protein present in Alzheimer’s and Huntington’s disease, respectively. Here, I investigated the functional characteristics of the 26S proteasome complexed with ZFAND2a and a control substrate or a toxic substrate containing a polyglutamine repeat. I showed under in vitro conditions that ZFAND2a binding to the 26S proteasome does not enhance overall protein degradation and does not allow efficient degradation of proteins with polyglutamine repeats. Structural analysis of ZFAND2a-bound 26S proteasome complex revealed that ZFAND2a has an elongated shape bound to the proteasomal subunits Rpn1 and Rpn7. The observation that ZFAND2a-bound 26S proteasome complex is in substrate accepting state suggests that ZFAND2a binding performs a regulatory role that is prior to substrate engagement. Thus, the ZFAND2a role might have more of a structural rather than functional purpose, such as inferring more stability or recruiting additional factors required for the rescue to occur.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
26S-Proteasom-Komplex Fehlfunktion Rettung ZFAND2a
Schlagwörter
(Englisch)
26S proteasome malfunction rescue ZFAND2a
Autor*innen
Katarina Belacic
Haupttitel (Englisch)
Unravelling rescue mechanisms of stalled proteasome complexes
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchung der Rettungsmechanismen für blockierte Proteasomkomplexe
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
135 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Georg Winter ,
Sebastian Falk
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC16608495
Utheses ID
64183
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |