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Das  kleinste  abbaubare  Fragment  (KAF)

2   Ergebnisse

2.2   Rca1  –  ein  Substrat  des  Anaphase-­‐Promoting-­‐Komplex

2.3.2   Rca1  –  Eingrenzung  der  Abbausequenz

2.3.2.5   Das  kleinste  abbaubare  Fragment  (KAF)

Erst  bei  einer  weiteren  Verkürzung  auf  143  Aminosäuren  bei  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1_Del-­‐1-­‐

203_Del-­‐268-­‐411  (g)  kommt  es  zu  einer  signifikanten  Stabilisierung.    

Nachdem   die   Aktivität   der   Rca1-­‐Derivate   unabhängig   von   der   Länge   der   C-­‐terminalen   Deletion  verloren  ging,  scheint  das  C-­‐terminale  Ende  entweder  für  die  Ausbildung  der   Zink-­‐Binde-­‐Region  notwendig  zu  sein,  oder  aber  die  C-­‐terminale  Region  unabhängig  von   der  ZBR-­‐Domäne  für  die  Aktivität  von  Rca1  benötigt  zu  werden.  Für  den  Abbau  spielt   die  Region  aber  augenscheinlich  keine  Rolle.    

2.3.2.5  Das  kleinste  abbaubare  Fragment  (KAF)  

Aus   den   C-­‐terminalen   Rca1-­‐Deletionen   wurde   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1_Del-­‐1-­‐203_Del-­‐299-­‐

411   als   das   kleinste,   noch   abbaubare   Rca1-­‐Fragment   ausgemacht   (Abb.  2.39).   Eine   weitere   Verkürzung   des   C-­‐Terminus   hat   eine   deutliche   Stabilisierung   zur   Folge.   Mit   einem   Wert   von   0,84   liegt   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1_Del-­‐1-­‐203_Del-­‐268-­‐411   in   der   G1-­‐Phase   nahezu   stabil   vor.   Auch   eine   weitere   Verkürzung   von   der   N-­‐terminalen   Seite   führt   zu   einem   stabilen   Rca1-­‐Derivat   (Abb.  2.39  c).   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1_Del-­‐1-­‐220_Del-­‐299-­‐411   ist   mit   einem   Wert   von   0,95   aus   den   Berechnungen   der   Durchflusszytometrie-­‐Daten   annähernd  so  stabil  wie  die  Kontrolle  HA-­‐NLS-­‐GFP.  

Mit  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1_Del-­‐1-­‐203_Del-­‐299-­‐411  konnte  das  kleinste  abbaubare  Fragment   (KAF)  von  Rca1  gefunden  werden.  Eine  weitere  Verkürzung  sowohl  vom  N-­‐Terminus  als  

Abbildung 2.39: Die relative G1-Stabilität des kleinsten-abbaubaren-Fragments A: Schematische Darstellung der untersuchten Rca1-Derivate:

a) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411, b) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-268-411, c) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-221_Del-299-411

B: Bestimmung der relativen G1-Stabilität. Verhältnis der Cherry-positiven Zellen 1C/2C. Werte

<1 bedeuten, dass das entsprechende Protein in der G1-Phase instabiler als das Kontrollpro-tein HA-NES-3xCherry ist. Die Zahlen innerhalb der Balken geben die Anzahl unabhängiger Messungen an, dargestellt sind ebenfalls die Standardabweichungen der einzelnen Messun-gen.

Die Berechnung der relativen Rca1-Funktionalität ergab für jede Rca1-Deletion einen Wert für ein inaktives Rca1-Derivat. Die erhaltenen Werte der Durchflusszytometrie stimmen mit den Werten aus den Abbaukurven überein (nicht gezeigt).

auch  vom  C-­‐Terminus  führte  zu  einer  deutlichen  Stabilisierung  in  der  G1-­‐Phase.    

Zwar  konnte  eine  Abbausequenz  weiter  eingegrenzt  werden,  aber  es  ist  weiterhin  un-­‐

klar,  wo  die  Abbausequenz  in  diesem  verkürzten  Rca1-­‐Fragment  lokalisiert  ist.  Es  könn-­‐

te  sich  hier  um  zwei  Abbausequenzen  handeln  die  synergistisch  wirken,  ebenso  denkbar   ist  es,  dass  es  sich  hier  um  eine  Abbausequenz  handelt,  die  über  Faltung  erst  in  räumli-­‐

che  Nähe  gebracht  wird.  

 

2.3.2.5.1  Die  kleinsten  Rca1-­‐Fragmente  

Um   der   Frage   nachzugehen,   welcher   der   beiden   Bereiche   eine   größere   Bedeutung   für   den  Abbau  trägt,  wurden  weitere  Deletionen  erstellt  und  auf  G1-­‐Stabilität  hin  überprüft.  

Dazu  wurde  ausgehend  vom  kleinsten  abbaubaren  Fragment  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1_Del-­‐1-­‐

203_Del-­‐299-­‐411  (a)  und  von  dem  C-­‐terminal  verkürzten  Rca1-­‐Fragment  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐

Rca1_Del-­‐1-­‐203_Del-­‐268-­‐411   (d)   jeweils   zwei   weitere   N-­‐terminale   Deletionen   um   220   und  234  Aminosäuren  erstellt.    

Abbildung 2.40: Relative G1-Stabilität der kleinsten Rca1-Fragmente A: Schematische Darstellung der untersuchten Rca1-Derivate:

a) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411, b) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-220_Del-299-411, c) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-234_Del-299-HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-220_Del-299-411, d) 203_Del-267-411, e) 220_Del-203_Del-267-411, f) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-234_Del-267-411

B: Bestimmung der relativen G1-Stabilität

Die Berechnung der relativen Rca1-Funktionalität ergab für jede C-terminale Rca1-Deletion einen Wert für ein inaktives Rca1-Derivat. Die erhaltenen Werte der Durchflusszytometrie stimmen mit den Werten aus den Abbaukurven überein (nicht gezeigt).

 

In   beiden   Fällen   kommt   es   zu   einer   Stabilisierung,   sobald   zusätzlich   der   N-­‐terminale   Bereich   deletiert   wird   (Abb.  2.40  b,  c   und   e,  f).   In   diesem   Bereich   ist   die   konservierte   KEN-­‐Box   lokalisiert,   die   oftmals   als   Erkennungssequenz   von   APC/C-­‐Substraten   dient.  

Eine  Deletion  in  der  C-­‐terminalen  Region  führt  trotz  intakter  KEN-­‐Box  zu  einer  deutli-­‐

chen  Stabilisierung  (Abb.  2.40  d),  was  einen  Hinweis  darauf  gibt,  dass  die  KEN-­‐Box  für   den  Abbau  zwar  notwendig  ist,  aber  durch  die  Region  im  C-­‐terminalen  Teil  unterstützt   wird.   Erst   die   Deletion   der   KEN-­‐Box   führt   zu   einer   vollständigen   Stabilisierung   (Abb.  2.40  e,  f).  

2.3.2.5.2  Punktmutationen  im  kleinsten-­‐abbaubaren-­‐Fragment  

Ein   Sequenzvergleich   des   kleinsten,   noch   abbaubaren   Rca1-­‐Fragmentes   Rca1_Del-­‐1-­‐

203_Del-­‐299-­‐411   (Abb.  2.41  A)   in   verschiedenen   Drosophila-­‐Spezies   lieferte   im   N-­‐

terminalen   Bereich   eine   hohe   Konservierung   bis   einschließlich   zur   KEN-­‐Box.   Interes-­‐

santerweise  befindet  sich  auch  im  C-­‐Terminus  zwischen  den  Aminosäuren  264-­‐288  ein   Bereich   mit   einer   auffallend   hohen   Konservierung   (Abb.  2.41  B-­‐D).   Im   humanen   Rca1-­‐

Ortholog  Emi1  konnte  eine  sogenannte  Linkerregion  identifiziert  werden,  die  als  Unter-­‐

stützung   für   die   schwache   D-­‐Box-­‐Domäne   für   eine   korrekte   Platzierung   von   Emi1   am   APC/C-­‐Komplex   sorgt   (Frye,   et   al.,   2013).   Der   konservierte   Bereich   der   Linkerregion   liegt  bei  Emi1  zwischen  D-­‐Box  und  ZBR-­‐Domäne.  Wird  die  Lage  dieser  Linkerregion  mit   der   konservierten   Region   in   Rca1   zwischen   den   Aminosäuren   264-­‐288   verglichen,   können  Analogien  gefunden  werden.  So  befindet  sich  der  konservierte  Bereich  in  Rca1   zwischen  KEN-­‐Box  und  ZBR.  Aufgrund  der  ähnlichen  Funktion  zu  Emi1  könnte  es  sich   bei   Rca1   ebenfalls   um   eine   Linkerregion   handeln,   die   für   eine   stabile   Anlagerung   und   vor   allem   richtige   Positionierung   von   Rca1   an   den   APC/CFzr   notwendig   ist,   damit   die   ZBR   den   APC/C-­‐Komplex   inhibieren   kann.   In   dieser   Region   wurden   eine   Reihe   von   Punktmutationen  eingefügt,  die  zu  einem  Austausch  von  geladenen  und  polaren  Amino-­‐

säuren  zu  Alanin  führen.  

Über  die  Funktion  dieses  konservierten  Bereiches  in  Rca1  ist  noch  nichts  bekannt.  Auf-­‐

grund  der  ähnlichen  Funktion  zu  Emi1  könnte  es  sich  bei  Rca1  ebenfalls  um  eine  Lin-­‐

kerregion  handeln,  die  für  eine  stabile  Anlagerung  und  vor  allem  richtige  Positionierung   von  Rca1  an  den  APC/CFzr  notwendig  ist,  damit  die  ZBR  den  APC/C-­‐Komplex  inhibieren   kann.  Ebenso  gut  könnte  diese  Region  eine  zusätzliche  Abbausequenz  für  Rca1  darstel-­‐

len,  die  mit  anderen  Abbausequenzen  unterstützend  auf  den  Abbau  wirkt.    

 

Abbildung 2.41: Einfluss der Punktmutationen auf die relative G1-Stabilität A: Schematische Darstellung der untersuchten Region der Punktmutanten

B: Sequenzvergleich von Rca1_Del-1-203_Del-299-411 mit anderen Drosophila-Spezies Dargestellt ist der Sequenzvergleich des kleinsten, noch abbaubaren Rca1-Fragments Rca1_Del-1-203_Del-299-411 aus Drosophila melanogaster (oberste Reihe) mit verschiede-nen Drosophila-Spezies. Die Region der Punktmutanten von Aminosäure 264 bis 288 ist schwarz eingerahmt. Die Pfeile unterhalb des Sequenzvergleiches markieren die untersuchten Punktmutanten.

C: Gattung- und Art der Drosophila-Spezies in der Sequenzanalyse

D: Stammbaum für den Verwandschaftsgrad der verschiedenen Drosophila-Spezies E: Bestimmung der relativen G1-Stabilität der Punktmutanten

Die Berechnung der relativen Rca1-Funktionalität ergab für alle Punktmutanten einen Wert für ein inaktives Rca1-Derivat. Die erhaltenen Werte der Durchflusszytometrie stimmen im Rah-men der Standardabweichung mit den Werten aus den Abbaukurven überein (nicht gezeigt).

*KAF: kleinstes abbaubares Fragment (HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411; siehe A)

 

Die  relativen  G1-­‐Stabilitäten  der  Punktmutanten  im   Vergleich   zum  kleinsten,  noch  ab-­‐

baubaren   Fragment   (KAF)   sind   in   Abbildung   2.41  E   dargestellt.   Im   Vergleich   zur   G1-­‐

Stabilität   von   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1_Del-­‐1-­‐203_Del-­‐299-­‐411   (G1-­‐Stabilitätswert   von   0,56),   führen   Punktmutationen   in   der   Linkerregion   in   den   meisten   Fällen   zu   einer   Destabili-­‐

sierung.  Eine  Ausnahme  stellt  die  Doppelmutante  R275A_K277A  dar,  die  zu  einer  Stabi-­‐

lisierung  des  kleinsten  abbaubaren  Fragmentes  führt  (G1-­‐Stabilitätswert  von  0,70).  

Werden  die  beiden  Punktmutationen  einzeln  betrachtet,  kann  für  beide  eine  Stabilisie-­‐

rung  nachgewiesen  werden,  die  in  beiden  Fällen  mit  0,68  bzw.  0,71  sehr  ähnlich  ausfällt   (Abb.  2.42  c,  d).  Dies  bedeutet,  dass  beide  positiv  geladenen  Aminosäuren  zusammen  für   einen  effizienten  Abbau  notwendig  sind.    

Interessanterweise   kann   die   Stabilisierung   durch   die   KEN-­‐Box-­‐Mutation   KEN-­‐KAA   mit   der  Punktmutation  K277A  nicht  weiter  stabilisiert  werden  (Abb.  2.42  d,  e,  f).    

 

Abbildung 2.42: Einfluss der Punktmutation K277A auf die relative G1-Stabilität A: Schematische Darstellung der untersuchten Rca1-Punktmutanten:

a) 411, b) GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411_R275A_K277A, c) GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411_R275A, d) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411_K277A, e) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411_KEN-KAA, f) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411_KEN-KAA_K277A,

B: Bestimmung der relativen G1-Stabilität

Die Berechnung der relativen Rca1-Funktionalität ergab für jede Rca1-Mutante einen Wert für ein inaktives Rca1-Derivat. Die erhaltenen Werte der Durchflusszytometrie stimmen mit den Werten aus den Abbaukurven überein (nicht gezeigt).

2.3.2.5.3  Destabilisierung  durch  Argininmutation  

Die  Punktmutation  R280A  führte  den  Berechnungen  der  G1-­‐Stabilität  zufolge  zu  einer   stärkeren  Destabilisierung  (Abb.  2.43  b).  Dieser  Effekt  könnte  mit  der  starken  Verände-­‐

rung  der  positiv  geladenen  Guanidingruppe  bei  Arginin  zu  einer  kurzen,  hydrophoben   Seitenkette   bei   Alanin   zusammenhängen.   Die   Veränderung   der   Ladung   und   der   Größe   kann   einen   Einfluss   auf   die   benachbarten   Aminosäuren   besitzen,   weshalb   in   einem   weiteren   Austausch   in   die   Arginin-­‐ähnliche   Aminosäure   Lysin   die   G1-­‐Stabilität   erneut   überprüft  werden  sollte.    

Wie  sich  herausstellte,  zeigte  die  Punktmutation  R280K  einen  geringeren  Destabilisie-­‐

rungseffekt  als  die  Punktmutation  R280A.  Mit  dem  Wert  von  0,28  weist  die  Punktmu-­‐

tante   aber   weiterhin   eine   deutliche   Destabilisierung   auf.   In   der   Sequenzanalyse   aus   Abbildung  2.41  liegt  das  mutierte  Arginin  genau  in  dem  Bereich  der  höchsten  Konser-­‐

vierung,  weshalb  dem  Arginin  möglicherweise  eine  wichtige  Funktion  in  der  Linkerre-­‐

gion  zuteil  wird.    

Mit   den   bisherigen   Untersuchungen   konnte   die   Abbausequenz   auf   ein   kleines   Rca1-­‐

Fragment   der   Aminosäuren   203-­‐299   eingegrenzt   werden.   In   dieser   Region   konnten   zwei   Domänen   identifiziert   werden,   die   mit   dem   Abbau   in   Verbindung   stehen.   Zum   einen   führt   die   Mutation   der   KEN-­‐Box   zu   einer   Stabilisierung   des   kurzen   Fragments,   zum  anderen  spielt  dabei  die  Linkerregion  eine  Rolle,  da  die  Punktmutanten  R275A  und   K277A   genauso   wie   die   KEN-­‐Box-­‐Mutation   in   der   Lage   sind,   das   kurze   Fragment   zu   stabilisieren.   Punktmutationen   an   anderer   Stelle   der   Linkerregion   ermöglichten   eine   Destabilisierung,  besonders  deutlich  war  dieser  Effekt  bei  der  Punktmutante  R280A  zu   sehen.  

Abbildung 2.43: Einfluss der Arginin-Punktmutanten auf die relative G1-Stabilität A: Schematische Darstellung der untersuchten Rca1-Punktmutanten:

a) 411, b) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411_R280A, c) HA-NLS-GFP-Rca1_Del-1-203_Del-299-411_R280K

B: Bestimmung der relativen G1-Stabilität

Die Berechnung der relativen Rca1-Funktionalität ergab für jede Rca1-Mutante einen Wert für ein inaktives Rca1-Derivat. Die erhaltenen Werte der Durchflusszytometrie stimmen mit den Werten aus den Abbaukurven überein (nicht gezeigt).

 

Bisher  lag  der  Fokus  auf  dem  C-­‐terminalen  Rca1.  Die  Rolle  der  N-­‐terminalen  Abbause-­‐

quenz  von  Rca1  sollte  im  Folgenden  näher  charakterisiert  werden.