title: The role of the amino-terminal coiled-coil domain of STAT1 in interferon signaling
title: Die Rolle der aminoterminalen Coiled-coil-Domäne von STAT1 in der Interferonantwort
Creators: name: Ziegler, Benjamin
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Signalübertragung
Cytokine
interferon signaling
Zellkommunikation
STAT1
STAT
Medizin, Gesundheit
Interferonantwort

description: Das Existieren von Signalwegen
      innerhalb einer Zelle sowie zwischen verschiedenen Zellen ist
      unabdingbar für das Überleben aller mehrzelliger Organismen.
      Sie ermöglichen eine suffiziente Adaptation jeder einzelnen
      Zelle an wechselnde äußere Bedingungen. In der Literatur sind
      eine Vielzahl unterschiedlicher Mechanismen beschrieben, die
      eine Zelle dazu befähigen, extrazelluläre Signale in das
      Innere der Zelle zu leiten. Ein in den letzten Jahren
      intensiv untersuchter Signalübertragungsmechanismus ist der
      sogenannte JAK-STAT-Signalweg. Dieser Signalweg ermöglicht
      einer Zelle, extrazelluläre Informationen zu erkennen und bis
      in ihren Kern fortzuleiten. Zunächst erkennen
      zellmembranständige Rezeptoren extrazelluläre Signale in Form
      von Zytokinen wie Interleukine und Interferone. Diese
      aktivieren an den Rezeptor gebundene, intrazelluläre
      Januskinasen (JAK). Im nächsten Schritt katalysieren die JAKs
      die Tyrosin-Phosphorylierung der STAT-Proteine (Signal
      Transducers and Activators of Transcription), welche
      anschließend dimerisieren. Die dimerisierten STAT-Moleküle
      erkennen spezifische Promotorregionen ihrer Zielgene und
      bewirken schließlich eine Modifikation der Transkription der
      entsprechenden Gene. In der vorliegenden Arbeit wurde die
      Bedeutung konservierter Aminosäurereste in der
      aminoterminalen Coiled-coil-Domäne des STAT1-Proteins
      untersucht. Dazu wurden Punktmutationen als Alanin-Scans an
      den Stellen 136, 137, 138, 139 und 143 sowie eine doppelte
      Punktmutation 136/137 mittels Mutagenese in ein
      STAT1-kodierendes Plasmid eingeführt. Auf diese Weise konnten
      mutierte STAT1-Proteine gewonnen werden, die mithilfe von
      Fluoreszenzmikroskopie, Western-Blot-, Reportergen-,
      Gel-Shift- und RT-PCR-Versuchen charakterisiert wurden. Die
      Ergebnisse der durchgeführten Versuche zeigten keine
      signifikanten Unterschiede im Vergleich der untersuchten
      Mutanten mit dem Wildtyp. Dies legt nahe, dass ein Austausch
      der beschriebenen Aminosäuren in der Coiled-coil-Domäne die
      funktionelle Integrität von STAT1 bei der Interferonantwort
      nicht eingeschränkt. Die im Rahmen dieser Arbeit
      festgestellten Ergebnisse werden durch Arbeiten anderer
      Autoren bestätigt (Mertens et al., 2006). Sie konnten unter
      anderem zeigen, dass die konkrete Abfolge der Aminosäuren
      dieser Sequenz nicht von entscheidender Bedeutung ist und
      auch ein umfangreicher Austausch von Aminosäuren die
      regelrechte Signaltransduktion nicht beeinträchtigt. Eine
      starke Kürzung der Sequenz führt jedoch in entsprechenden
      Experimenten zu einer persistierenden Phophorylierung von
      STAT1. Es ist daher anzunehmen, dass die funktional intakte
      Coiled-coil-Domäne notwendige Voraussetzung für die
      Umlagerung der Konformation von phosphorylierten
      STAT1-Dimeren ist. Diese Konformationsänderung ist
      erforderlich, um das phosphorylierte STAT1 einer
      Dephosphorylierung und damit der Beendigung der
      Signalübertragung zugänglich zu machen. Für die Funktion des
      Proteins scheint daher die Coiled-coil-Domäne mit ihren
      Eigenschaften als ausreichend lange und flexible Kette von
      Aminosäuren von großer Bedeutung zu sein. Einzelne
      Aminosäuren können in dieser Kette aber ohne Folgen
      ausgetauscht werden.
description: Signal transductions within the
      cell as well as between different cells are indispensible for
      the existence of multi-cellular organisms as they allow a
      sufficient adaptation of each cell to changing environmental
      conditions. A variety of mechanisms that enable the cell to
      transmit extracellular signals into the cells are described
      in literature. One of these extensively investigated pathways
      is the JAK-STAT signal transduction. It enables the cell to
      detect extracellular information and to transduce them into
      transcriptional responses. First, receptors in the cell
      membrane recognize extracellular signals like interleukins or
      interferons. These receptors activate receptor-bound janus
      kinases (JAKs) in the cytoplasm by tyrosine phosphorylation.
      The JAKs phosphorylate proteins from the family of signal
      transducers and activators of transcription (STATs). The
      phosphorylated STAT proteins dimerize and bind to specific
      promoter regions in cytokine-driven target genes and modify
      their transcription. In this PhD thesis, I investigated the
      role of conserved amino acid residues in the amino-terminal
      coiled-coil domain of STAT1 in interferon signaling. For this
      purpose several point mutations at positions 136, 137, 138,
      139 and 143 as well as a double mutation at position 136/137
      were introduced into a STAT1-coding plasmid by site-directed
      mutagenesis. The resulting mutants were expressed in HeLa
      cells and STAT1-negative U3A cells and characterized by means
      of fluorescence microscopy, western blotting, gel shift
      assays and transcriptional assays. The results of these
      experiments showed no significant difference between the
      tested mutants and the wild type protein. Thus, the exchange
      of the above-mentioned amino acids in the amino-terminal
      coiled-coil domain of STAT1 does not restrict the functional
      integrity of STAT1 in interferon signal transduction. These
      findings were also confirmed by the work of other authors
      demonstrating that the precise order of amino acid residues
      in this sequence is not of critical importance (Mertens et
      al., 2006). Even an extensive exchange of amino acid residues
      in the coiled-coil domain does not affect signal propagation
      by STAT1. In contrast, truncation of the sequence is leading
      to a persistent phosphorylation of STAT1. Hence, it can be
      assumed that the functional intact coiled-coil domain is
      required for a shift between two configurations of
      phosphorylated STAT1 dimer, which makes the anti-parallel
      dimer conformation accessible for dephosporylation. For this
      function, the coiled-coil domain has to be of sufficient
      length and flexibility. The exchange of single amino acids,
      however, seems to be without any effects on the amplitude and
      duration of interferon signals.