Analyse der Ca2+-abhängigen Regulation von Membran/Zytoskelett-Interaktionen
Final Report Abstract
ERM (Ezrin/Radixin/Moesin) Proteine übernehmen wichtige Funktionen bei der Vermittlung von regulierten Membran/Zytoskelett-Kontakten. Sie liegen in ruhenden Zellen in einer inaktiven Form vor, in der Bindungstellen für Membranproteine und FAktin durch intramolekulare Wechselwirkungen der N- und C-terminalen Domänen maskiert sind. Die Aktivierung der ERM Proteine kann durch Phosphorylierung in der C-terminalen Domäne erfolgen. Sie führt über Konformationsänderungen zur Exposition der Membranprotein- und F-Aktin-Bindungsstellen und induziert so die Funktion dieser Protein als Vermittler von Kontakten zwischen Plasmamembran und Aktin-Zytoskelett. Wir konnten mit dem Ca2+-regulierten Protein S100P erstmals einen Proteinliganden des Ezrins identifizieren, der an die geschlossene Konformation bindet und hierdurch die F-Aktin-Bindung aktiviert. Im Projekt wurde die Interaktion von S100P mit Ezrin biochemisch und funktionell charakterisiert. Die jeweiligen Bindungsmotive konnten kartiert werden, und es gelang die Herstellung eines mutierten S100P Proteins, das die Fähigkeit zur Ezrinbindung eingebüßt hatte, sonst aber sämtliche Eigenschaften des Wildtyp- Proteins zeigte. Auch führten die biochemischen Analysen eine Kompetition des S100P und des Membranlipids Phosphatidylinositol (4,5) Bisphosphat (PIP2) um eine zumindest partiell überlappende Bindungsstelle im Ezrin zutage. Die Ca2+/S100Pvermittelte Aktivierung des Ezrins führt in kultivierten Epithelzellen zur Ausbildung von F-Aktin-unterstützten Membranausstülpungen und Mikrovilli. Im Falle von Bronchial- und Lungenkarzinomzellen konnten wir zeigen, dass die Überexpression des S100P mit einer erhöhten spontanen und transendothelialen Migration einhergeht und dies mit großer Wahrscheinlichkeit auf die direkte Aktivierung des Ezrins zurückzuführen ist. Biophysikalische Untersuchungen an Festkörperunterstützten Lipid-Doppelschichten wurden eingesetzt, um die Interaktion des Ezrins mit PIP2-haltigen Membranen quantitativ zu analysieren und ihre Bedeutung für die F-Aktin-Bindung des Ezrins herauszuarbeiten (Kooperation mit Claudia Steinern, Universität Göttingen). Diese Arbeiten zeigten, dass die Ezrin/PIP2- Wechselwirkung in positiv kooperativer Weise erfolgt und ausreichend für die Aktivierung eine hochaffinen Ezrin-F-Aktin Interaktion ist. In der Summe belegen unsere Untersuchungen, dass S100P in seiner Ca2+-gebundenen Form das ruhende Ezrin Molekül aktivieren kann und dass diese Interaktion bedeutsam für die Stimulierung der Tumorzellmigration ist. Als Ligand, der mit S100P kompetiert, kann auch das Membranlipid PIP2 Ezrin in seine aktive Konformation überführen.
Publications
- Borthwick et al. (2007) The formation of the cAMP/protein kinase A-dependent annexin A2-S100A10 complex with cystic fibrosis conductance regulator protein (CFTR) regulates CFTR channel function. Mol Biol Cell 18, 3388-3397.
- Diederichs et al. (2004) S100 family members and trypsinogens are predictors of distant metastasis and survival in early-stage non-small cell lung cancer. Cancer Res 64, 5564-5569.
- Herrig et al. (2006) Cooperative adsorption of ezrin on PIP2-containing membranes. Biochemistry 45, 13025-13034.
- Rescher and Gerke (2008) S100A10/p11: family, friends and function. Pflügers Arch - Eur J Physiol 455, 575-582.
