Functional domains of inositol- 1,4,5 -trisphosphate- 3-kinases: regulation of enzyme activity and subcellular localization
Final Report Abstract
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.
Publications
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- 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
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