SUMO : Zelllinienabhängige nukleäre Lokalisierung des Transkriptionsrepressors PIE-1 in Caenorhabditis elegans

Büssing, Ingo

Phänotypische Analysen der embryonal letalen Mutante ulp-1 (t1530) des Nematoden C.elegans zeigen eine fehlerhafte Spezifizierung der somatischen Gründerzellen MS, C und D in der frühen Embryogenese. Eine zweite pleiotrope Funktion des Gens betrifft die Ausführung der Apoptose und/oder der Phagozytose embryonaler Zellen. Das Gen ulp-1 kodiert für eine SUMO spezifische Protease, die durch Abspaltung des SUMO Proteins eine posttranslationale Modifikation durch SUMO revertiert. Das Protein hat damit eine generelle regulatorische Funktion, die die unabhängigen Phänotypen erklären kann. Durch (Über-)Expression des reifen SUMO Proteins in der ulp-1 Mutante wurde das keimbahnspezifische Protein PIE-1 als ein Zielprotein der SUMOylierung identifiziert. PIE-1 unterdrückt die Transkription in Keimbahnzellen, was essentiell für ihre Spezifizierung ist. Es wurde gezeigt, dass die SUMOylierung von PIE-1 die subzelluläre Lokalisation des Proteins reguliert. Das nicht SUMOylierte Protein liegt im Cytoplasma, das SUMOylierte im Kern vor. Die Entdeckung, dass die Aktivität von PIE-1 durch eine differenzielle Lokalisation im Kern und Cytoplasma reguliert wird, erlaubt es, die Funktion von ulp-1 bei der Spezifizierung der Gründerzellen zu erklären. Die Protease verhindert normalerweise die Kernlokalisierung des nach einer stammzellartigen P-Teilung zurückbleibenden PIE-1 Proteins und damit die generelle Repression der Transkription in der somatischen Zelle. Die Defekte in der ulp-1 (t1530) Mutante entstehen durch eine Repression der zur Expression des Schicksals notwendigen Transkription. Die Analyse der fehlerhaften Apoptose zeigt, dass die nicht phagozytierten Zelltode den Sterbeprozess auf halbem Weg beenden und diese möglicherweise deshalb nicht phagozytiert werden. Da die Inaktivierung eines Gens des Ubiquitin-Pathways (zif-1) zu vergleichbaren morphologischen Veränderungen in den apoptotischen Zellen führt, könnte die SUMOylierung hier antagonistisch zur Ubiquitinierung wirken.

A phenotypic analysis of the embryonic lethal mutant ulp-1 (t1530) shows a misspecification of the somatic founder cells MS, C and D during early embryogenesis. A second pleiotropic function of the gene is detected in the apoptosis of embryonic cells. The gene ulp-1 encodes a SUMO specific protease, which reverts the posttranslational modification mediated by SUMO. Therefore, the protein has a general regulatory function, which could explain the independent phenotypes of the mutant. The germ line specific protein PIE-1 was identified as a potential target of the SUMOylation by (over-)expression of mature SUMO protein in the ulp-1 mutant. PIE-1 represses the transcription in the germ line blastomeres, which is essential for their specification. Here it is shown, that SUMOylation of PIE-1 regulates the subcellular localisation of the protein. The SUMOylated protein localises to the nucleus, whereas the unmodified protein remains in the cytoplasm. The discovery that the activity of PIE-1 is regulated by a differential localisation between the nucleus and the cytoplasm allows to explain the function of ULP-1 during the specification of the founder cells. Normally, the protease prevents the remaining PIE-1 protein after each division of the germ line precursor cells to localise to the nucleus in the somatic blastomere and therefore to repress the transcription in these cells. The misspecification of the early blastomeres, seen in the ulp-1 (t1530) mutant, is due to the ectopic repression of transcription in the somatic blastomeres. The analysis of the defects in the apoptotic cells shows that the cells do not execute the complete cell death pathway. Therefore, apoptotic cells are not phagocytosed. Inactivation of a gene (zif-1), which is involved in the ubiquitin pathway, results in comparable morphological changes in the apoptotic cells. This suggests that the SUMOylation could function in this case in an antagonistic manner to the ubiquitination.

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Büssing, Ingo: SUMO : Zelllinienabhängige nukleäre Lokalisierung des Transkriptionsrepressors PIE-1 in Caenorhabditis elegans. 2005.

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