Funktionelle Domänen für die Regulation von Aktivität und subzellulärer Lokalisation der Inositol-1,4,5-trisphosphat-3-kinasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Stoffwechselwege und die Signalfunktionen der Phosphatidylinositole in der Plasmamembran und der Inositolphosphate im Zytoplasma (z.B. Calciumfreisetzung aus dem ER) sind in den letzten Jahr und Jahrzehnten gründlich untersucht worden. In eukaryotischen Zellen gibt es ein nukleäres Gegenstück für diese Stoffwechselwege und die entsprechenden Enzymaktivitäten und Inositolderivate sind auch im Zellkern vorhanden. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend wurde eine Rolle der nukleären Inositolphosphate im mRNA-Export, in der Transkriptionsregulation und im Chromatin- Remodellierung beschrieben. Im Rahmen des DFG-geförderten Projektes wurde von uns die intrazelluläre Zielsteuerung von Enzymen des Inositolphosphat-Stoffwechsels in Säugetierzellen eingehend untersucht. Ein menschliches Homolog des Hefeproteins ArgRIII (genannt: humane Inositolphosphat Multikinase, HsIPMK) wurde erstmals identifiziert, die entsprechende Vollängen cDNA kloniert und durch Lokalisationsstudien mit EGFP-Fusionsproteinen ein für die nukleäre Zielsteuerung verantwortliches nicht-klassisches Kernlokalisationssignal in der HsIPMK identifiziert. In weiteren Studien im Rahmen des DFG-Projektes wurde gezeigt, dass die Inositol (1,4,5)-trisphosphat 3-Kinase Isoform C (IP3K-C) aus Säugetieren einem komplexen nukleozytoplasmatischen Pendeln unterworfen ist. In der N-terminalen Domäne wurden eine nicht-klassische Kernimport-Aktivität und ein Leucin-reiches Kernexportsignal identifiziert. Der nukleäre Export wird durch Exportin 1 vermittelt und kann durch das Toxin Leptomycin B zum Erliegen gebracht. Ein hochinteressantes „NES switching“ Phänomen zeigt sich beim Vergleich der Formen aus Mensch und Ratte. Darüber hinausgehend wurde eine bifunktionale Domäne in der Inositol (1,4,5)-trisphosphat 3-Kinase Isoform B (IP3K-B) identifiziert, die sowohl Kernimport- als auch Aktinbindungs-Aktivität besitzt. Zusammenfassend ist zu sagen, dass in Säugetieren die IPMK, die IP3KB und die IP3KC durch aktive Transport-Mechanismen in den Zellkern verbracht werden. Die enzymatischen Aktivitäten der untersuchten Kinasen ergänzen somit im Zellkern von eukaryotischen Zellen Inositolphosphat-Stoffwechsel und -Signalling, welche dadurch einen ähnlichen Grad an Komplexität erreichen wie ihre zytoplasmatischen Gegenstücke.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- The human homologue of yeast ArgRIII protein is an inositol phosphate multikinase with predominantly nuclear localization. Biochem J. 2002 Sep 1;366(Pt 2):549-56
Nalaskowski MM, Deschermeier C, Fanick W, Mayr GW
- Rat inositol 1,4,5-trisphosphate 3-kinase C is enzymatically specialized for basal cellular inositol trisphosphate phosphorylation and shuttles actively between nucleus and cytoplasm. J Biol Chem. 2003 May 30;278(22):19765-76. Epub 2003 Mar 20
Nalaskowski MM, Bertsch U, Fanick W, Stockebrand MC, Schmale H, Mayr GW
- Identification of the actin-binding domain of Ins(1,4,5)P3 3-kinase isoform B (IP3K-B). Biochem J. 2004 Aug 15;382(Pt 1):353-62
Brehm MA, Schreiber I, Bertsch U, Wegner A, Mayr GW
- The families of kinases removing the Ca2+ releasing second messenger Ins(1,4,5)P3. Curr Mol Med. 2004 May;4(3):277-90
Nalaskowski MM, Mayr GW
- Antiproliferative plant and synthetic polyphenolics are specific inhibitors of vertebrate inositol-1,4,5-trisphosphate 3-kinases and inositol polyphosphate multikinase. J Biol Chem. 2005 Apr 8;280(14):13229-40. Epub 2005 Jan 19
Mayr GW, Windhorst S, Hillemeier K
- Subcellular localisation of human inositol 1,4,5-trisphosphate 3-kinase C: species-specific use of alternative export sites for nucleo-cytoplasmic shuttling indicates divergent roles of the catalytic and N-terminal domains. Biol Chem. 2006 May;387(5):583-93
Nalaskowski MM, Windhorst S, Stockebrand MC, Mayr GW
