Dynamik des Zytoplasma-Zellkern-Transports von STAT1 und STAT2

Frahm, Thomas

Signaltransduktion über den IFN TypI Rezeptor wird durch das Zusammenspiel des ISGF3 Komplex vermittelt, der aus STAT1, STAT2 und IRF9 besteht. Während STAT1 von vielen Zytokinen genutzt wird, ist STAT2 für IFN TypI exklusiv. Die hier gezeigten Daten zeigen, dass der hauptsächliche regulatorische Mechanismus der Akkumulation im Zellkern ist Kernexport. Hierzu wurden zunèchst die dynamischen Parameter des Shuttlings von STAT2 in vivo definiert. Ohne IFN-Stimulus lokalisiert STAT2 ausschließlich im Zytoplasma. Dennoch findet ein schneller Austausch von STAT2 zwischen Zytoplasma und Zellkern ständig statt. Dass STAT2 nur im Zytoplasma sichtbar wird, liegt am starken Export aus dem Kern. Die Studien weisen auf wenigstens zwei Exportwege hin, die den Zellkern von STAT2 frei halten. Das konstitutive Shuttling von STAT2 ist unabhängig von IRF9 und STAT1, sowie dessen Phosphorylierung. Die Aktivierung durch IFN TypI unterbindet den Export von STAT2 aus dem Kern, während der Import intakt bleibt. Dies erklärt die Akkumulation von STAT2 im Zellkern. Es wurde eine Region im C-Terminus von STAT2 identifiziert, die für den nukleären CRM1-abhängigen Export verantwortlich ist, und zu der konstitutiven zytoplasmatischen Lokalisierung führt. Vergleichende Analysen zeigen, dass das Shuttling von STAT2 und STAT1 sich unterscheiden. STAT1 shuttelt auch ohne IFN-Induktion ist aber zehnmal langsamer. Das nicht induzierte STAT2 zeigt stärkere Exportaktivität als STAT1. Zusammen weisen die Daten darauf hin, dass durch IFN-Induktion die Heterodimerisierung den Import verstärkt und gleichzeitig den die Exportaktivität von STAT2 blockiert, die zu der Akkumulation von beiden Signalfaktoren im Zellkern führt.

Signaling through the IFN type I receptor is mediated by assembly of the ISGF3 complex consisting of STAT1, STAT2 and IRF9. Whereas STAT1 is instrumentalized by many cytokines, STAT2 is specifically used by type I IFNs. The data presented here show that the main regulatory mechanism of nuclear accumulation of STAT2 is nuclear export. We determined the kinetics of nucleocytoplasmic shuttling of STAT2 in living cells. In the absence of IFN, a virtually exclusive cytoplasmic localisation of STAT2 can be detected. Nevertheless, STAT2 is permanently and rapidly shuttling between the cytoplasm and the nucleus. The steady-state localization is explained by a very efficient nuclear export. The studies indicate that at least two pathways are responsible for clearing the nucleus from STAT2. The constitutive nucleocytoplasmic shuttling of STAT2 does neither depend on the presence of IRF9 or STAT1, nor does it require tyrosine phosphorylation. Upon treatment with IFN type I, nuclear export of STAT2 is completely abolished in cells used within this study, whereas nuclear import is functioning. This explains the observed nuclear accumulation of STAT2. We have identified a region in the C-terminus of STAT2 that is essential for its almost exclusively cytoplasmic localization in the absence of IFN and responsible for CRM1-specific export. The comparative studies show that nucleocytoplasmic shuttling of STAT2 is significantly different from that of STAT1. STAT1 is also shuttling in the absence of IFN, but the exchange rate in unstimulated cells is more than ten times lower. The latent STAT2 protein has stronger intrinsic nuclear-export activity than STAT1. These observations lead to a model for IFN-type-I-induction in which the receptor-mediated heterodimerization overcomes the slow nuclear import of STAT1 and blocks the strong STAT2 export activity that leads to the accumulation of both signal transducers in the nucleus.

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Frahm, Thomas: Dynamik des Zytoplasma-Zellkern-Transports von STAT1 und STAT2. 2006.

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