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Duale Regulation von Cofilin durch Proteinkinase D (PKD) vermittelte Phosphorylierung der Phosphatase SSH1L und der LIM-Kinase 2
(2011) Peterburs, Philipp; Pfizenmaier, Klaus (Prof. Dr.)
Das Verständnis von Metastasierung bei Krebserkrankungen ist eine der größten Herausforderungen für die Entwicklung neuer Medikamente. Dies erfordert die Erforschung der Signalwege, die die Organisation des Aktinzytoskeletts sowie Tumorzellmigration und -invasion steuern. In dieser Arbeit konnte die Rolle von Proteinkinase D (PKD) in der Reorganisation des Aktinzytoskeletts und der Zellmigration entschlüsselt werden. Aus vorangegangenen Studien war bekannt, dass PKD die Zellmigration negativ reguliert - höchstwahrscheinlich durch die Kontrolle der Aktinpolymerisations-Maschinerie. Die Substrate von PKD in diesem Prozess waren bisher jedoch nicht bekannt. In dieser Arbeit konnte die Cofilinphosphatase Slingshot 1 Like (SSH1L) als Substrat von PKD identifiziert werden. Cofilin induziert die Aktinpolymerisation durch das Schneiden von F-Aktin Filamenten. Auf diesem Wege werden neue, freie sogenannte stumpfe Enden (“barbed ends”) generiert. Weiterhin steigert Cofilin die Aktindepolymerisation, wodurch der Pool an Aktin-Monomeren erhöht wird. Aus diesen Gründen kann Cofilin als Schlüssel-Regulator in der Zellmigration bezeichnet werden. Die Aktivität von Cofilin ist von seiner Phosphorylierung abhängig: Eine Phosphorylierung durch die LIM-Kinasen 1 und 2 hemmt die Fähigkeit von Cofilin an Aktin zu binden und führt damit zu dessen Inaktivierung. Entsprechend führt eine Dephosphorylierung des Proteins durch SSH- und Chronophinphosphatasen zur Aktivierung. PKD phosphoryliert die Serine 937 und 978 in SSH1L in vitro und in intakten Zellen und induziert dadurch die Bindung von 14-3-3 Proteinen, die die zelluläre Lokalisation von SSH1L regulieren. Auf diesem Weg wird die lokale Aktivität von Cofilin kontrolliert. Ein Verlust der PKD-Expression führt daher zu einer verringerten Phosphorylierung von Cofilin, einer ausgebreiteten Zellmorphologie und einer gesteigerten gerichteten Zellmigration in Abhängigkeit von SSH1L. Darüber hinaus konnte für PKD eine Funktion bei der Regulation von LIMK2 gezeigt werden. PKD phosphoryliert LIMK2 in vitro und in intakten Zellen an Serin 289, was ebenfalls eine Bindung an 14-3-3 Proteinen zur Folge hat. Die Überexpression einer phosphorylierungsdefizienten LIMK2 S289A Variante führt im Vergleich zum wildtypischen Protein zu einem schwächeren Anstieg von phosphoryliertem Cofilin. In Migrationsstudien führte eine Überexpression von LIMK2 zu einer reduzierten Zellmigration während die Überexpression von LIMK2 S289A zu einer gesteigerten Zellmigration im Vergleich zu den Kontrollzellen führte. Diese Ergebnisse lassen auf eine aktivierende Wirkung der Phosphorylierung von LIMK2 an Serin 289 schließen. In dieser Arbeit wurde damit eine duale Funktion von PKD in der Cofilin-abhängigen Zellmigration aufgedeckt: PKD kontrolliert Cofilin-Aktivität über eine negative beziehungsweise positive Regulation von SSH1L und LIMK2.