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Analysis of the interaction of the parkinsonism-associated protein FBXO7 with the BAG6 complex
2021 & 2022
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2022
Genehmigende Fakultät
Fak10
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-11-05
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-00532
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/838357/files/838357.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
E3 ubiquitin ligase (frei) ; Parkinsons disease (frei) ; proteasome (frei) ; ubiquitination (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610
Kurzfassung
Die Parkinsonsche Krankheit ist die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung für die es keine Heilung gibt. Die Entwicklung von therapeutischen Ansätzen hängt damit vom Verständnis der Krankheitsmechanismen ab. Genetische Typen der Parkinsonschen Krankheit liefern exzellente Einsicht in die molekularen Signalwege, die an der Krankheitsentstehung beteiligt sind. Eine bedeutende Rolle des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) wurde aufgrund von mindestens drei Genen, die für Proteine des UPS kodieren, etabliert. Das UPS ist essentiell für die Proteinhomeostase in der Zelle und die Dysfunktion des UPS in Neuronen wurde mit anormaler Akkumulation von z.B. a-synuclein und der Bildung von Lewy Körperchen assoziiert. In Patienten mit erblichem, früh einsetzendem Parkinsonismus wurden mehrere Mutationen im FBXO7 (PARK15) Gen entdeckt. FBXO7 kodiert für F-box only protein 7, welches als Substrat-rekrutierende Untereinheit der SCF (Skp1, Cullin-1, F-box Protein) E3 Ubiquitin Ligase fungiert. Daher sollte die Charakterisierung des FBXO7-Interaktoms neue Hinweise auf Pathomechanismen der Parkinsonschen Krankheit geben. In dieser Studie habe ich den BAG6 Komplex, bestehend aus BAG6, GET4 und UBL4A, als neuen Interaktionspartner von FBXO7 identifiziert. Ich habe herausgefunden, dass GET4 der direkte Bindungspartner ist und von der E3 Ligase FBXO7-SCF auf nicht-proteolytische Weise ubiquitiniert wird. Bisherige Studien zeigten, dass FBXO7 und BAG6 den Zusammenbau des Proteasoms und damit dessen Akitvität regulieren. Ich habe gezeigt, dass auch die anderen beiden Untereinheiten des BAG6 Komplexes, GET4 und UBL4A, die Aktivität des Proteasoms aufrechterhalten. Zudem habe ich ermittelt, dass auch die Interaktion von FBXO7 und dem BAG6 Komplex für die Proteasomaktivität notwendig ist. Interessanterweise ist auch die Ligaseaktivität von FBXO7-SCF für die effiziente Binding von GET4 und BAG6 als auch die zytosolische Lokalisation von BAG6 verantwortlich. Ausserdem binden die pathogene Mutante FBXO7 R378G und die natürliche Variante FBXO7 M115I weniger stark an BAG6 und sind, im Vergleich zu wildtypischem FBXO7, nicht in der Lage eine geeignete Proteasomaktivität aufrecht zu erhalten. Das lässt darauf schliessen, dass die Dysregulierung des BAG6 Komplexes durch FBXO7 Varianten ein möglicher pathogener Mechanismus bei PARK15 ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass FBXO7 die zytoplasmatische Lokalisation des BAG6 Komplexes bestimmt und in Cooperation mit dem BAG6 Komplex den Zusammenbau des Proteasoms reguliert, was unser Verständnis über genetischen Parkinsonismus vertieft.Parkinson’s disease (PD) is the second most prevalent neurodegenerative disease. To date, there is no cure for PD and the development of therapeutic strategies depends on the understanding of disease mechanisms. Genetic forms of PDs provide excellent insight into the molecular pathways involved in the disease. Owing to at least three genes that encode for proteins of the ubiquitin-proteasome system (UPS), a significant role of the UPS in PD has been established. The UPS is essential for protein homeostasis in the cell, and UPS dysfunction in neurons is associated with abnormal accumulation of e.g. α-synuclein and the formation of Lewy bodies. Several mutations in FBXO7 (PARK15) have been found in patients with hereditary early-onset parkinsonism. FBXO7 encodes F-box only protein 7, and the protein has been identified as the substrate-recruiting subunit of SKP1-CUL1-FBP (SCF) E3 ubiquitin ligase. Hence, the characterization of the FBXO7 interactome in the cell should give new clues about pathogenetic mechanisms of PD. In this study, I identified BAG6 complex, consisting of BAG6, GET4 and UBL4A, as a novel interactor of FBXO7. Here, I discovered that GET4 was the direct binding partner, which was ubiquitinated by FBXO7-SCF in a non-proteolytic manner via K27/K29-linked ubiquitin chains. Previous reports showed that FBXO7 and BAG6 regulate the assembly of proteasome and hence proteasome activity. In this study, I found that the other two subunits of BAG6 complex, GET4 and UBL4A, were also required for maintaining proteasome activity. Besides, I determined that the interaction between FBXO7 and BAG6 complex was required for the proper regulation of proteasome activity. Interestingly, the E3 ligase activity was required for the efficient binding of GET4 to BAG6 and the localization of the BAG6 in cytosol of the cell. Furthermore, the pathogenetic mutant FBXO7 R378G and the natural variant FBXO7 M115I bind less efficiently to the BAG6 complex and are unable to maintain proper activity of proteasome when compared to wild type FBXO7, which suggests that the dysregulation of the BAG6 complex caused by FBXO7 variants may be a pathogenetic molecular mechanism of PARK15. Taken together, FBXO7 promotes the cytoplasmic localization of BAG6 complex and cooperates with the BAG6 complex in the regulation of proteasome assembly, which expands our understanding of genetic PD.
OpenAccess: 
PDF
(zusätzliche Dateien)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT021203630
Interne Identnummern
RWTH-2022-00532
Datensatz-ID: 838357
Beteiligte Länder
Germany
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