Funktionelle Charakterisierung der Chaperon-assoziierten Ubiquitinligase CHIP in <em>Drosophila melanogaster</em>

Abstract

In der vorliegenden Arbeit konnte die Chaperon-assoziierte Ubiquitinligase CHIP als zentrales Bindeglied zwischen Proteinhomöostase („Proteostase“) und Alterung identifiziert werden. Neben seiner Rolle als Proteinqualitätskontrollkomponente, die den Abbau fehlgefalteter Proteine induziert, konnte hier erstmals eine essentielle Funktion bei dem Abbau des Insulinrezeptors (INSR) nachgewiesen werden. Die ubiquitäre Depletion von CHIP in <em>Drosophila melanogaster </em>(DCHIP) führte zu einer dramatischen Reduktion der Lebensspanne der Tiere. Aufgrund der bereits beschriebenen CHIP Funktionen bei dem Erhalt der Muskelfunktion und dem Abbau aggregationsanfälliger Proteinspezies des zentralen Nervensystems, wurde DCHIP in diesen Geweben intensiver untersucht. Erstaunlicherweise führte weder eine Depletion von DCHIP in der Muskulatur noch im zentralen Nervensystem zu einer verkürzten Lebensspanne. In weiterführenden Analysen konnte der Mitteldarm als das Gewebe identifziert werden, das auf eine DCHIP Funktion während der Alterung angewiesen ist. Eine Depletion von DCHIP ausschließlich in diesem Gewebe war für die Kurzlebigkeit der Fliegen ausreichend. Dies lässst vermuten, dass eine gewebespezifische Redundanz auf Ebene der E3-Ligase existiert und dass der Mitteldarm eine Sonderstellung hinsichtlich der DCHIP-vermittelten Regulation der Proteostase und der Alterung einnimmt.<br /> Biochemische Analysen zeigten eine direkte Assoziation von CHIP und dem INSR. Dabei unterscheidet sich die Art der Bindung von CHIP an den INSR von den bereits beschriebenen CHIP-Substratproteinen, da sie auf keiner typischen hydrophoben Aminosäureabfolge basiert. Es konnte gezeigt werden, dass CHIP direkt an den INSR bindet, diesen monoubiquitiniert und dessen Abbau durch Endozytose vermittelt. Der Verlust von CHIP führte zu einer verstärkten Aktivierung des Insulin Signalwegs (IIS), gemessen an aktivierten Komponenten der Signalkaskade wie der AKT-Kinase. In gealterten Fliegen konnte aufgrund des Verlustes der DCHIP Funktion ebenfalls eine Stabilisierung des Drosophila Insulinrezeptors (dInR) sowie eine verstärkte Akkumulation fehlgefalteter Proteine beobachtet werden. Die durch oxidativen Sress induzierte Stabilisierung des INSR konnte durch gleichzeitige Expression von CHIP verhindert werden. Dies lässt nun folgenden Schluss zu: während der Alterung kommt es vermehrt zur Akkumulation oxidativ-geschädigter Proteine aufgrund zellulärer Prozesse wie der Atmungskette und des Stoffwechsels. Um eine Aggregation fehlgefalteter zytotoxischer Proteinspezies zu verhindern, wird CHIP verstärkt für den Abbau dieser benötigt und kann nun den INSR nicht mehr effizient umsetzen. Dies führt zur einer indirekten Verstärkung des IIS und somit zu einer Inhibition überlebenswichtiger Faktoren, die für den Prozess des Alterns essentiell sind und die letztlich die Dauer der Lebensspanne bestimmen. Die vorliegende Arbeit etabliert somit die Ubiquitinligase CHIP als molekulares Bindeglied zwischen Proteostase und der Alterung durch die Regulation des Insulinrezeptors und des Insulin Signalwegs.