Regulation der Protein-Homöostase durch das Co-Chaperon Tpr2

Abstract

Die Erhaltung der Protein-Homöostase ist essentiell für die Funktion einer jeden Zelle. Molekulare Chaperone regulieren dabei ein sensibles Gleichgewicht aus Proteinabbau und -faltung. Neusynthetisierte oder fehlgefaltete Proteine werden in ihre native Konformation gefaltet, wodurch sie ihre Funktion ausüben können und die Entstehung von Proteinaggregaten verhindert wird. Irreversibel beschädigte Proteine oder Proteinkomplexe werden, durch Interaktion des molekularen Chaperons Hsc/Hsp70 mit der Chaperon-assoziierten Ubiquitinligase CHIP, mit einer Ubiquitinkette als Abbausignal markiert. Während der Faltung und des Abbaus von Proteinen interagiert Hsc/Hsp70 mit unterschiedlichen Co-Chaperonen. Diese konkurrieren um die Bindung an Hsc/Hsp70 und regulieren so unterschiedliche Funktionen des Chaperons. <br /> In der vorliegenden Arbeit sollte die Funktion des Co-Chaperons Tpr2 analysiert werden. Tpr2 besitzt zwei TPR-Domänen, durch die es die molekularen Chaperone Hsc/Hsp70 und Hsp90 gleichzeitig binden kann. Zusätzlich besitzt Tpr2 eine J-Domäne, welche signifikant homolog zur J-Domäne des Co-Chaperons Hsp40 ist. Während des normalen Faltungsprozesses werden Substrate von Hsc/Hsp70 auf Hsp90 übertragen. Tpr2 reguliert die Hsc/Hsp70-Funktion und induziert die Substratbindung durch Hsc/Hsp70. Dadurch können Substrate entgegen des normalen Faltungsweges von Hsp90 auf Hsc/Hsp70 zurück übertragen werden. Biochemische Analysen mit Drosophila TPR2 (dTPR2) konnten zeigen, dass dTPR2 die Chaperon-Funktion von Hsc70 verstärkt. Dabei führte die C-terminale Bindung von dTPR2 an Hsc70 zu einer signifikanten Verstärkung der Bindung denaturierter Luziferase durch Hsc70. dTPR2 weist keine intrinsische Chaperon-Aktivität auf, wie es für eine Reihe anderer Co-Chaperone gezeigt wurde. Daher reguliert dTPR2 die Hsc/Hsp70- Funktion nicht substratspezifisch, sondern nimmt eine allgemeine, konservierte Funktion als Retro- Faktor in der Hsc/Hsp70-Hsp90-Maschinerie ein. In-vivo-Experimente konnten weiter zeigen, dass Tpr2 mit der Ubiquitinligase CHIP um die C-terminale Bindestelle von Hsc70 konkurriert und so CHIPvermittelte Abbauvorgänge reguliert. Dies wirkt sich z.B. auf den Abbau des Insulinrezeptors aus. Verringerte Tpr2-Mengen führten zur Destabilisierung des Insulinrezeptors in Hek293-Zellen. <br /> Funktionsanalysen in Drosophila melanogaster konnten zeigen, dass dTPR2 essentiell für den Erhalt der Proteostase ist. Ubiquitäre Expressionsveränderungen von dTPR2 führten zur Letalität in frühen Entwicklungsstadien. Insbesondere die Überexpression von dTPR2, welche zur Letalität im zweiten Larvenstadium führte, macht deutlich, wie wichtig ein fein definiertes Expressionslevel für die Entwicklung des Organismus ist. Durch erhöhte dTPR2-Mengen könnte die Aktivierung zahlreicher Rezeptoren und Kinasen inhibiert worden sein. Die muskuläre Überexpression von dTPR2 führte zu einem Funktionsverlust der Muskulatur. Die bereits beschriebene Funktion von Tpr2 lässt darauf schließen, dass Chaperon-vermittelte Abbauwege inhibiert wurden, welche für den Erhalt der Muskulatur essentiell sind. Die Depletion von dTPR2 in der Muskultur hatte keinen Einfluss auf die Muskelfunktion. Darüber hinaus konnte jedoch gezeigt werden, dass dTPR2 die Lebensspanne der Fliegen reguliert. Muskuläre Expressionsveränderungen von dTPR2 führten zu einer Verlängerung der Lebensspanne. <br /> Die in dieser Arbeit vorgestellten Daten konnten zeigen, wie wichtig das Co-Chaperon dTPR2 für die Entwicklung und Regulation der Lebensspanne von Drosophila melanogaster ist. Ein definiertes Expressionslevel scheint dabei von besonderer Bedeutung für den Erhalt der Proteostase und die Funktion der Muskulatur zu sein. Tpr2 reguliert als konservierter Retro-Faktor die Funktion des molekularen Chaperons Hsc/Hsp70. Dabei induziert Tpr2 die räumliche Kopplung von Hsc/Hsp70 und Hsp90 und stabilisiert eine Substratbindung durch Hsc/Hsp70. Zusätzlich konkurriert Tpr2 mit CHIP um die C-terminale Bindestelle von Hsc/Hsp70, wodurch CHIP-vermittelte Abbauprozesse reguliert werden können.