Mutational Analysis of Drosophila STAT92E

Karsten, Peter

Der JAK/STAT-Signaltransduktionsweg wird für viele verschiedene Prozesse während der Entwicklung eines Organismus benötigt. Nach Binden eines Liganden an seinen Rezeptor erfolgt durch JAKs die Phosphorylierung eines hoch konservierten Tyrosinrestes (Y) in STAT-Transkriptionsaktivatoren. Der vollständige Funktionsverlust nach Mutation des Y verdeutlicht die Notwendigkeit dieser Modifikation für STAT-Aktivität. Die funktionelle Analyse des JAK/STAT-Signalwegs wird bei Drosophila im Vergleich zu Vertebraten unter anderem durch die geringe Redundanz der vorhandenen Komponenten erleichtert. Deshalb wurde die Funktion von STATs anhand mutanter Drosophila STAT92E-Varianten untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen die essentielle Rolle des konservierten Y für STAT92E-Funktion. Die Überexpression der konstitutiv Y-phosphorylierten STAT92E[M647H]-GFP-Variante verursacht jedoch dominant-negative Phänotypen in vivo. Dies ist auf konstitutive DNS-Bindung und die Unfähigkeit, Transkription von Zielgenen zu vermitteln, zurückzuführen. Y-Phosphorylierung ist also für eine vollständige STAT92E-Aktivierung nicht ausreichend. Eine zusätzliche Regulation von JAK/STAT-Aktivität durch Methylierung eines konservierten Argininrestes (R), die für STATs bei Vertebraten beschrieben wurde, konnte für Drosophila STAT92E in der vorliegenden Arbeit nicht nachgewiesen werden. Allerdings verursacht die Überexpression von STAT92E-Varianten, in denen der entsprechende R mutiert wurde, dominant-negative Phänotypen in vivo. Dieser Effekt ist jedoch eher auf strukturelle Einflüsse der eingeführten Mutation als auf eine fehlende R-Methylierung zurückzuführen. Die Analyse weiterer STAT-Varianten mittels Mutagenese in Bezug auf Aktivitäts-regulierende Modifikationen wird weiter zum Verständnis der Funktionsweise der STATs beitragen und so möglicherweise wichtige Informationen für die Behandlung von Krankheiten liefern, die durch Fehlfunktionen des JAK/STAT-Signalwegs verursacht werden.

The JAK/STAT signal transduction cascade is required for multiple developmental processes. Following the binding of a ligand to its respective receptor JAKs phosphorylate a highly conserved tyrosine (Y) of STAT transcription factors. The complete loss of function caused by Y mutation emphasizes the essential role of this modification for STAT activation. In Drosophila the functional analysis of the JAK/STAT pathway is simplified by the less redundancy of the components involved compared to the vertebrate system. Therefore, STAT function was investigated using mutant Drosophila STAT92E variants. The results of this study demonstrate the crucial role of the conserved Y for STAT92E function. Furthermore, the constitutively Y phosphorylated STAT92E[M647H]-GFP variant causes dominant-negative phenotypes when over-expressed in vivo. This can be ascribed to constitutive DNA binding and the inability to induce transcription of target genes. Thus, Y phosphorylation is not sufficient for complete activation of STAT92E suggesting an additional control mechanism. Regulation of JAK/STAT activity by methylation of a conserved arginine (R) as it was reported for STATs in vertebrates could not be detected for Drosophila STAT92E in this study. Yet, over-expression of STAT92E[R30mut]-GFP variants, in which the corresponding R was mutated, caused dominant-negative phenotypes in vivo. However, these effects are due to structural impacts of the introduced mutation rather than to missing R methylation. Further analysis of STAT variants regarding modifications that regulate STAT activity will help to elucidate STAT functionality and thus provide useful information for the treatment of diseases caused by JAK/STAT pathway mis-regulation.

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Karsten, Peter: Mutational Analysis of Drosophila STAT92E. 2007.

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