DuEPublico 2

Dies ist unser neues Repositorium, derzeit für E-Dissertationen und ausgewählte weitere Publikationen. Weitere Informationen...

The AAA-ATPase p97 and its cofactors in regulatory degradation of substrate proteins after DNA damage or replication stress

Dressler, Alina

The cellular response to radiation is governed by a complex signaling network that is regulated by the ubiquitin-proteasome system in multiple ways. The AAA-type ATPase p97 (also known as VCP or Cdc48) has emerged as a central element of the ubiquitin-proteasome system as it facilitates the degradation of critical substrate proteins by the proteasome. As such, it is involved in replication stress and DNA damage responses, and is currently explored as a cancer drug target in clinical trials. However, its function is still poorly understood. p97 cooperates with protein cofactors, three of which have been linked to the radiation response: the heterodimeric Ufd1-Npl4 ubiquitin adapter, DVC1 and UBXD7 that acts as an adapter to cullin-RING ubiquitin ligases (CRLs). This work provides insight into three different aspects of the role of p97 and its cofactors in the response to replication stress and DNA damage in human cells. First, we investigated the relevance of p97 for DNA damage checkpoints. Second, we examined the significance of p97 and its cofactors for survival of human cancer cells after replication stress. Third, we explored the role of a novel p97 cofactor, UBXD7 that was linked to DNA-related functions of p97. Analyses of the G1/S and intra S checkpoints showed that p97Ufd1-Npl4 may only play a minor role in these checkpoints. However, DVC1 is crucial for the intra S checkpoint. Importantly, work from this study contributed to demonstrating that the p97Ufd1-Npl4 complex ensures robustness of the G2/M checkpoint by facilitating the degradation of the phosphatase CDC25A (published in Riemer et al, 2014). This study confirmed the relevant target protein of p97, CDC25A, in the checkpoint and contributed to the identification of the cofactors involved in CDC25A degradation, including the novel p97 cofactor UBXD7. Moreover, we could demonstrate that in mammalian cells, unrepaired DNA damage from interphase manifests in mitotic segregation errors in cells depleted of p97Ufd1-Npl4 and that the lack of either of these components decreased cell survival after replication stress. Furthermore, p97 inhibition with the inhibitor NMS-873 showed a synergistic effect with the genotoxic chemotherapeutic agent doxorubicin. Additionally, NMS-873 was able to delay the degradation of CDC25A in the DNA damage response. Finally, by investigating the significance of UBXD7 for diverse p97 substrate proteins, we found that UBXD7 is not generally involved in CRL- and p97-dependent degradation both in the nucleus and the cytoplasm. Moreover, a detailed structure-function analysis revealed that binding to CRLs and p97 is essential for UBXD7 function.

Die zelluläre Strahlenantwort wird von einem komplexen Signalnetzwerk gesteuert, das auf vielfältige Weise vom Ubiquitin-Proteasom-System reguliert wird. Ein zentrales Element des Ubiquitin-Proteasom-Systems stellt die AAA-ATPase p97 (auch bekannt als VCP oder Cdc48) dar, welche die Degradation von kritischen Substratproteinen durch das Proteasom unterstützt. p97 ist involviert in die zelluläre Reaktion auf Replikationsstress und DNA-Schäden und wird gegenwärtig als Wirkstoffziel für Krebsmedikamente in klinischen Studien erforscht. Dennoch ist seine Funktion noch wenig verstanden. p97 kooperiert mit Protein-Kofaktoren, von denen drei mit der zellulären Strahlenantwort in Verbindung gebracht wurden: der heterodimere Ufd1-Npl4-Ubiquitin-Adapter, DVC1 und UBXD7, welches als Adapter für Cullin-RING-Ubiquitin-Ligasen (CRLs) fungiert. Diese Arbeit bietet Einblick in drei verschiedene Aspekte der Rolle von p97 und seinen Kofaktoren in der Reaktion auf Replikationsstress und DNA-Schäden in menschlichen Zellen. Zunächst wurde die Relevanz von p97 für die Zellzyklus-Kontrollpunkte untersucht. Danach wurde die Bedeutung von p97 und seinen Kofaktoren für das Überleben humaner Krebszellen nach Replikationsstress überprüft. Schließlich wurde der neue p97-Kofaktor UBXD7, der mit Funktionen in Bezug auf DNA in Verbindung gebracht wurde, untersucht. Analysen des G1/S- und des intra-S-Kontrollpunkts haben gezeigt, dass p97Ufd1-Npl4 möglicherweise eine untergeordnete Rolle in diesen Kontrollpunkten spielt. DVC1 jedoch ist entscheidend für den intra-S-Kontrollpunkt. Arbeiten dieser Studie haben zu dem Nachweis beigetragen, dass der p97Ufd1-Npl4-Komplex die Robustheit des G2/M-Kontrollpunkts gewährleistet, indem er die Degradation der Phosphatase CDC25A unterstützt (publiziert in Riemer et al, 2014). Diese Arbeit bestätigt CDC25A als das relevante Zielprotein von p97 im Kontrollpunkt und trug zur Identifikation der an der CDC25A-Degradation beteiligten Kofaktoren bei, einschließlich des neuen p97-Kofaktors UBXD7. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass sich in Säugerzellen mit herunterreguliertem p97Ufd1-Npl4 unreparierte DNA-Schäden aus der Interphase in der Mitose in Segregationsdefekten manifestieren. Zudem minderte der Mangel an einer dieser Komponenten das Überleben der Zellen nach Replikationsstress. Darüber hinaus wies p97-Inhibition mit dem Inhibitor NMS-873 einen synergistischen Effekt mit dem genotoxischen Chemotherapeutikum Doxorubicin auf. Zusätzlich verzögerte NMS-873 die Degradation von CDC25A in der DNA-Schadenantwort. Durch die Erforschung der Relevanz von UBXD7 für diverse p97-Substratproteine konnte schließlich gezeigt werden, dass UBXD7 nicht generell in CRL- und p97-abhängigem Abbau im Nukleus und Zytoplasma involviert ist. Eine detaillierte Struktur-Funktionsanalyse hat ergeben, dass die Bindung an CRLs und p97 für die Funktion von UBXD7 essentiell ist.

Share and cite

Citation style:

Dressler, Alina: The AAA-ATPase p97 and its cofactors in regulatory degradation of substrate proteins after DNA damage or replication stress. 2016.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export