Role of STAT3 N-terminal domain and GAS-site recognition in signaling and crosstalk with STAT1 and NF-κB

Martincuks, Antons; Müller-Newen, Gerhard; Lüscher, Bernhard; Zenke, Martin

doi:35634

Role of STAT3 N-terminal domain and GAS-site recognition in signaling and crosstalk with STAT1 and NF-κB = Die Rolle der STAT3 N-terminale Domäne und GAS-Sequenzerkennung bei der Signaltransduktion und der Wechselwirkung mit STAT1 und NF-κB

Martincuks, Antons

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Master of Science Antons Martincuks

ImpressumAachen 2017

Umfang1 Online-Ressource (171 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Müller-Newen, Gerhard (Thesis advisor)^RWTH* ; Zenke, Martin (Thesis advisor) ; Lüscher, Bernhard (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-01-23

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2017-019446
DOI: 10.18154/RWTH-2017-01944
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/684539/files/684539.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/684539/files/684539.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
STAT3 (frei) ; N-terminal domain (frei) ; GAS-site (frei) ; STAT1 (frei) ; NF-kB (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
STAT3 (signal transducer and activator of transcription 3) ist ein ubiquitärer Transkriptionsfaktor, der in vielen biologischen Prozessen, wie Hämatopoese, Entwicklung und Immunantwort involviert ist. Eine Dysregulation der STAT3-Signaltransduktion ist bei der Enstehung und Progression von chronischen Entzündungen, Krebserkrankungen und Fibrose beteiligt.Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit den Funktionen der N-terminale Domäne (NTD) von STAT3 und der spezifischen DNS Bindung an GAS-Elemente bei der IL-6 vermittelten STAT3 Signalübertragung. Unsere Ergebnisse zeigen, dass GAS-Element Erkennung für den Zytokin-induzierten und basalen nukleären Import von STAT3 nicht essentiell ist. Demgegenüber zeigt die NTD-Deletionsmutante keine nukleäre Akkumulation nach IL-6 Stimulation und verbleibt im Zytoplasma in Form von phosphorylierten Dimeren, die imstande sind, GAS-Sequenzen zu erkennen. Die defekte Kerntranslokation von (∆N)STAT3 konnte nicht durch fehlerhafte Assoziation mit α-Importin Molekülen erklärt werden. Außerdem konnten wir mechanistische Unterschiede zwischen aktivem und latentem nukleären Transport von STAT3 sowie zwischen aktivem Import von STAT3 und STAT1 aufzeigen.Im zweiten Teil der Arbeit wurde die verstärkte Aktivierung von STAT1 nach IL-6 Stimulation in STAT3-defizienten Zellen analysiert. Unsere Befunde deuten auf eine STAT3 vermittelte Beschränkung der IL-6 induzierten STAT1 Aktivierung durch STAT3 Zielgenexpression und nicht durch spezifische Eigenschaften der NTD von STAT3 hin.Im dritten Teil dieser Arbeit zeigten wir, dass STAT3 und NF-κB keinen direkten gegenseitigen Einfluss auf die klassische Signalübertragung haben. Stattdessen korreliert die Expression der NF-κB p65 Untereinheit mit der intrazellulären Gesamtmenge an STAT1 und STAT3.Im letzten Teil der Arbeit wurden STAT3-YFP knock-in Mäuse als neues in vivo Untersuchungsmodell beschrieben und charakterisiert. Unsere Daten zeigten, dass transgene Mäuse erfolgreich generiert wurden und die YFP-Fluoreszenz mittels diverser Mikroskopietechniken nachgewiesen werden kann. Das STAT3-YFP knock-in Mausmodell kann für weiterführende Analysen der Funktionen von STAT3 in vivo genutzt werden.

Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) is a ubiquitous transcription factor involved in many biological processes, including hematopoiesis, development and immune response. Dysfunctional STAT3 signalling has been reported in many pathophysiological conditions such cancer, chronic inflammation and fibrosis. In the first part of this work, we investigated the functions of the N-terminal domain and GAS-site recognition during IL-6-induced STAT3 signaling. Our results demonstrate the nonessential role of GAS-element recognition for both cytokine-induced and basal nuclear import of STAT3. In turn, deletion of the NTD markedly decreased nuclear accumulation upon IL-6 treatment resulting in a prolonged accumulation of phosphorylated dimers in the cytoplasm, at the same time preserving specific DNA recognition ability of the truncation mutant. Observed defect in nuclear localization could not be explained by flawed importin-α binding. Furthermore, our data indicated mechanistic differences between active and latent nuclear trafficking of STAT3, as well as between STAT1 and STAT3 active nuclear import.In the second part of this thesis, we analyzed the excessive STAT1 activation in STAT3-deficient cells upon IL-6 treatment. Our findings show that STAT3-mediated regulation of IL-6-induced STAT1 signaling depends on STAT3 target gene expression, but not on isolated STAT3 NTD functions. In the third part, we demonstrated that NF-κB and STAT3 have no direct influence on each other canonical signaling pathways. Instead, the expression of NF-κB subunit p65 correlates with total levels of STAT1 and STAT3.In the final part of this work, we characterized a STAT3-YFP knock-in murine model as a potentially powerful tool for the visualization of STAT3 in vivo. Our data show that STAT3-YFP Knock-In mice have been successfully generated and that the YFP fluorescence can be detected by common microscopy techniques. The STAT3-YFP knock-in mice will be a valuable tool for deciphering the function of STAT3 in vivo.

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