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Biochemical Characterization of the Sec14-PH Module from the Neurofibromatosis Type I Protein

Welti, Stefan

German Title: Biochemische Charakterisierung des Sec14-PH Modules des Neurofibromatose Typ I Proteines

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Abstract

Neurofibromatosis type I (NF1) is an inherited neurocutaneous disorder with a high incidence of 1 in 3500 newborns. Clinical manifestations include pigment anomalies, Lisch nodules and the formation of different tumors like neurofibroma. NF1 is caused by alterations of the NF1 gene, encoding the Ras specific GTPase activating protein Neurofibromin, which participates in several major signaling pathways. A structural proteomics approach recently led to the discovery of an unpredicted pleckstrin homology (PH)- and a Sec14-like domain. In this thesis I have investigated the biochemical properties of the NF1-SecPH module. NF1-SecPH can bind glycerophospholipids with a preference for phosphatidylethanolamine and -glycerol (PtdEtn, -Gro), of which PtdEtn is abundant in Neurofibromin containing cells and thus a likely physiological ligand. It was furthermore possible to crystallize NF1-SecPH in complex with glycerophospholipids which is the first structure of a CRAL Trio domain bound to such ligands and shows that PtdEtn binds to the interior of the Nf1-Sec portion. Lipid exchange experiments revealed that PtdEtn and PtdGro are readily exchanged, but phosphatidylcholine, -serine and -inositol (PtdCho, -Ser, -Ins) are only incorporated to a minor degree. The lipid exchange activity can be modulated by soluble headgroups of phosphorylated PtdIns derivatives (PIPs), which is consistent with a regulatory interaction between Nf1-Sec and NF1-PH. While some patient derived mutants show significant structural alterations compared to the cellular NF1-SecPH module, their properties with respect to lipid content and PIP binding are only affected slightly. Localization studies in the presence and absence of stimuli did not reveal a specific compartment association compared to other PH domain containing proteins. Taken together, PtdEtn is probably a physiological ligand of NF1- SecPH, which seems able to incorporate membrane derived lipids in a regulated fashion.

Translation of abstract (German)

Neurofibromatose Typ I (NF1) ist eine neurokutane Erbkrankheit, die bei einem von 3500 Neugeborenen auftritt. Häufige Symptome sind Pigmentanomalien, Lisch-Knoten und verschiedene Tumore, wie Neurofibrome. Die Erkrankung wird durch Mutationen im NF1 Gen verursacht, das mit dem Ras spezifischen GTPase aktivierenden Protein Neurofibromin einen Regulator zentraler Signalwege kodiert. Durch strukturbezogene Proteomik wurde kürzlich eine unerwartete Pleckstrin Homologie- (PH) und eine Sec14-ähnliche Domäne entdeckt. In der vorliegenden Arbeit untersuchte ich die biochemischen Eigenschaften des NF1-SecPH Moduls. NF1-SecPH bindet Glycerophospholipide – im Besonderen Phosphatidylethanolamin und -glycerol (PtdEtn, -Gro) – was zusammen mit seiner Häufigkeit in Neurofibromin enthaltenden Zellen für PtdEtn als wahrscheinlichen physiologischen Liganden spricht. Zudem konnte NF1-SecPH im Komplex mit Glycerophospholipiden kristallisiert werden, was die erste Struktur einer CRAL Trio Domäne mit solchen Liganden darstellt und zeigt, dass PtdEtn im Inneren von NF1-Sec bindet. Während PtdEtn und PtdGro leicht austauschbar sind, werden Phosphatidylcholin, -serin und -inositol (PtdCho, -Ser, -Ins) nur schlecht inkorporiert. Die Austauschreaktion kann zudem mit hohen Konzentrationen löslicher Kopfgruppen phosphorylierter PtdIns Derivate (PIPs) moduliert werden, was konsistent mit einer regulatorischen Interaktion zwischen NF1-Sec und NF1-PH ist. Obwohl die Strukturen einiger Mutanten von Patienten signifikante Änderungen zum zellulären NF1-SecPH aufweisen, sind hinsichtlich gebundener Lipide oder der Bindung von PIPs kaum Unterschiede feststellbar. Lokalisierungsstudien bei An- oder Abwesenheit von Stimuli zeigten keine Assoziierung mit bestimmten Zellbereichen, im Gegensatz zu anderen Proteine mit PH Domänen. Zusammenfassend ist PtdEtn ein wahrscheinlicher physiologischer Ligand von NF1-SecPH, das anscheinend auf regulierte Art und Weise Membranlipide inkorporieren kann.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Scheffzek, Dr. PD Klaus
Date of thesis defense: 23. June 2008
Date Deposited: 09. Dec 2008 09:19
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > European Molecular Biology Laboratory (EMBL)
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: Neurofibromin , Sec14 , pleckstrin homology , phosphatidylethanolamin , lipids
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