Modellierung und Analyse der NFKB-abhängigen Verstärkung UVB-induzierter Apoptose
Final Report Abstract
Apoptose ist ein wichtiger zellulärer Schutzmechanismus, durch den gezielt geschädigte bzw. potentiell entartete Zellen eliminiert werden. Der Transkriptionsfaktor NFκB wirkt typischerweise der Apoptose entgegen, indem er die Expression antiapoptotischer Proteine induziert. NFκB selbst unterliegt einer stringenten negativen Feedback-Regulation durch NFκB abhängige Resynthese des Inhibitors IκB. Durch UVB-Strahlung ist diese Feedback-Regulation gestört, was zu einer Umkehr der NFκB-Wirkung und damit zur Verstärkung apoptotischer Prozesse führt. Diese geht sowohl mit einer NFκB- abhängigen Repression antiapoptotischer Gene als auch mit einer verstärkten Expression von TNFα und autokrine Aktivierung von TNFR1 einher. Ziel des Antrages war es den UVB-NFκB-Signal-Crosstalk zu mit Hilfe der mathematischen Modellierung zu ergründen. Wir konnten im Rahmen des Antrages den Mechanismus der Inhibierung der Feedback-Regulation für NFκB durch UVB-Strahlung weitgehend aufklären. Wir konnten zeigen, dass die Inhibierung der IκBα Resynthese nicht durch transkriptionelle oder translationale Blockierung sondern durch sofortige post-translationale Phosphorylierung und folgende proteasomale Degradierung von neu synthetisiertem IκBα erfolgt. Verantwortlich für diesen Vorgang ist eine kontinuierliche Aktivierung der verantwortlichen upstream Kinase IKKβ, deren Aktivitätsstatus durch UVB-induzierte Inhibierung der Ser/Thr Phosphatase PP2A deutlich verlängert wird. In diesem Zusammenhang konnten wir zunächst zeigen, dass PP2A essentiell am Phosphorylierungs-turnover und damit an der Regulierung des Aktivitätszustandes von IKKβ beteiligt ist. Des Weiteren konnte eine neue Zielstruktur für UVB, nämlich PP2Ac, identifiziert werden, dessen Modulation signifikante Auswirkungen auf die physiologische Antwort der Zelle hat. Zusätzlich wurde durch die Generierung eines neuartigen reduzierten mathematischen Modells der Wirkmechanismus von PP2A im IL-1 vermittelten NFκB aktivierenden Signalweges aufgeklärt und Prädiktionen über den Mechanismus der UVB-induzierten Inhibierung von PP2A gemacht werden. Als ein weiteres Resultat der konnten Hinweise darauf gefunden werden, dass PP2Ac ebenfalls mit weiteren Signalwegen, die zur konstitutiven NFκB Aktivierung führen können intervenieren kann. So konnten wir zeigen, dass eine Aktivierung der onkogenen Tyr-Kinase Src die durch Tyr-Phosphorylierung zur katalytischen Inhibierung von PP2A führt, ebenfalls zu einer chronischen IKKβ und damit auch NFκB Aktivierung führen kann. Hier wurde erstmals upstream Tyr-Phosphorylierung mit downstream Ser Phosphorylierung und kanonischer NFκB-Aktivierung verknüpft. Beide Ergebnisse zeigen, dass PP2A ein essentieller Modulator der NFκB Aktivierung und ebenfalls ein kritischer Übersetzer von Tyr in Ser Phosphorylierung sein kann, wodurch neue Signalwege funktional miteinander verknüpft werden können. Somit ergeben sich potentiell neue Angriffspunkte für spezifische Krebstherapeutika.
Publications
- Dissertation: Die Rolle der Ser/Thr Phosphatase PP2A in der Regulation des Transkriptionsfaktors NFκB
Sandra Barisic
- ECDO-Meeting 2005, Budapest: NFκB-dependent enhancement of UVB-induced apoptosis is associated with lack of I B reappearance
E. Strozyk, B. Pöppelmann, T. Schwarz and D. Kulms
- ECDO-Meeting 2007, Slowenien: Proapoptotic action of NFκB is promoted by UVB-induced inhibition of IκB resynthesis
S. Barisic, E. Strozyk, and D. Kulms
- Modeling of IL-1 induced NF-kappaB signaling and analysis of additional UVB influence. SICE Annu. Conf.: 1353-1358 (2007)
Witt, J., S. Husser, D. Kulms, S. Barisic, O. Sawodny, T. Sauter
- Identification of PP2A as a crucial regulator of the NF-kappaB feedback loop: its inhibition turns NF-kappaB into a pro-apoptotic factor. Cell Death Differ., 15: 1681-1690 (2008)
Barisic, S., E. Strozyk, N. Peters, H. Walczak, D. Kulms
- Keystone Symposium 2008, Banff Canada: IL-1 and UVB cooperate to turn NFκB into a proapoptotic mediator via inhibition of PP2A
S. Barisic, E. Strozyk, and D. Kulms
- ECDO-Meeting 2009, Paris: Tyrosine kinase Src inhibits Ser/Thr phosphatase PP2A to trigger sustained canonical NFκB activation downstream of IL-1
Sandra Barisic, Claudia Schmidt, Dagmar Kulms
- Mechanism of PP2A-mediated IKKβ dephosphorylation: a systems biological approach. BMC Syst. Biol., 3: 71 (2009)
Witt, J., S. Barisic, E. Schumann, F. Allgöwer, O. Sawodny, T. Sauter, D. Kulms
