Regulering av mutatorenzymet AID – essensielt i det ervervede immunforsvaret og risikofaktor I kreftutvikling og autoimmunitet
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 46036100
- Ansvarlig person
- Yi Hu
- Institusjon
- NTNU, IKM
- Prosjektkategori
- phd-stipend 2010
- Helsekategori
- Inflammatory and Immune System
- Forskningsaktivitet
- 2. Aetiology
Rapporter
Det ervervede immunforsvaret har antigen-spesifikk antistoff “hukommelse”, som karakteriseres av to antigen-induserte modifikasjoner av immunoglobuliner: somatisk hypermutasjon (SHM) og klasseskift rekombinering (CSR). AID (aktiverings-indusert deaminase) er nøkkelenzymet for både SHM og CSR.AID utøver sine funksjoner ved å generere mutasjoner i DNA og uregulerte AID aktiviteter kan ha katastrofale følger. AID har blitt koblet til utvikling av mange krefttyper. Overuttrykk av AID ble også assosiert med produksjon av høy patogene autoantistoffer.
Formålet med prosjektet er å oppnå bedre forståelse av hvordan AID reguleres og hvordan det på en målrettet måte kan mutere Immunoglobulin genet (antistoff diversifisering) samtidig som det unngår å mutere resten av genomet (kreft og autoimmun sykdom).
I celler er AID hovedsaklig lokalisert til cytoplasma, men for at AID skal kunne deaminere cytosin i immunoglobulin genet, må det transporteres inn i cellekjernen. Jeg har jobbet med å avklare mekanismer for AID kjerneimport i detalj. Vi har undersøkt mange AID mutanter mhp deres kjerneimport kinetikk, steady-state kjernelokalisering, binding til kjerneimport adaptor protein Importin alpha 3, enzymaktivitet og evne til å støtte CSR. I tillegg fant vi at de viktige aminosyrene for kjerneimport er lokalisert til et bestemt område på overflate av proteineted hjelp av en 3D modell av AID. Videre har vi funnet ut at AID lokalisering til den intranuklære strukturen nukleolus, sammen med en AID-bindende protein CTNNBL1, er også avhengig av de aminosyrene som er viktige for kjerneimport. Funksjonelle eksperimenter har vist at lokalisering av AID til nucleoli kan være viktig for sine fysiologiske aktiviteter. Resultatene er publisert Journal of Molecular Biology (JMB).
Hvordan AID utøver sin funksjon målrettet på Ig genene mens resten av genomet forblir uberørt er fortsatt et mysterium. Det er meget interessant å finne ut hvordan AID orienterer seg i forhold til de ulike strukturene og kromosom områdene når det kommer inn i kjernen. Jeg har studert AID i forhold til mange intranuklære strukturene og funnet at AID lokaliseres til strukturene er relatert til splicing aktiviteter. I tillegg har vi funnet nye AID-interaksjonspartner som er assosiert med spliceosome modifisering og oppbygging. Disse resultatene gir innsikt i mekanismer av spesifikke AID aktiviteter og nye regulerings muligheter. Resultatene er inkludert i et manuskript.
- essensielt i det ervervede immunforsvaret og risikofaktor i kreftutvikling og autoimmune sykdommerRegulering av mutatorenzymet AID - essensielt i det ervervede immunforsvaret og risikofaktor i kreftutvikling og autoimmunitet
AID (aktiverings-indusert deaminase) er nøkkelenzymet i det ervervede immunsystemet hvor det er essensielt for antistoff-diversifisering. Det ervervede immunforsvaret har antigen-spesifikk antistoff “hukommelse”, som karakteriseres av to antigen-induserte modifikasjoner av immunoglobuliner: somatisk hypermutasjon (SHM) og klasseskift rekombinering (CSR). Disse egenskapene har vært kjent for oss i lang tid, men de molekylære mekanismene bak har ligget skjult i en ”svart boks” inntil nylig. Gjennombruddet kom da den japanske gruppen ledet av Dr. Honjo oppdaget AID enzymet, som er essensielt for både SHM og CSR. Pasienter med defekt i AID enzymet utvikler et sykdomsbilde karakteriseres som hyper-IgM syndrom (HIGM) der de har primær immunsvikt.
AID utøver sine funksjoner ved å generere mutasjoner i DNA og uregulerte AID aktiviteter kan ha katastrofale følger. AID har blitt koblet til utvikling av mange typer av kreft som: lymfekreft, lungekreft, leverkreft, kreft i tarm og magesekk. AID overuttrykk ble også assosiert med produksjon av høy patogene autoantistoffer. Østrogen stimulering har også vist til å kunne påvirke AID ekspresjon og spørsmålet om hvorfor kvinner er spesielt utsatt for autoimmune sykdommer, bryst- og eggstokkreft kan dermed linkes til AID initiert DNA instabilitet. Den senere utviklingen viser altså en mulig forbindelse mellom dysregulering av AID og to viktige patologityper hos mennesker, nemlig kreftutvikling og autoimmunitet.
Formålet med prosjektet er å oppnå bedre forståelse av hvordan AID reguleres og hvordan det på en målrettet måte kan mutere Immunoglobulin genet (antistoff diversifisering) samtidig som det unngår å mutere resten av genomet (kreft og autoimmun sykdom). Videre vil vi undersøke hvordan AID samvirker med DNA-reparasjons enzymene for å hindre normal reparasjon og sikre mutasjoner (SHM) og klasseskift rekombinasjon (CSR).
I celler er AID hovedsaklig lokalisert til cytoplasma, men for at AID skal kunne deaminere cytosin i immunoglobulin genet, må det transporteres inn i cellekjernen. Jeg har jobbet med å avklare mekanismer for AID kjerneimport i detalj. I samarbeid med min kollega Ida Ericsson har vi undersøkt grundig og systematisk om hvilke aminosyrer som er viktige for NLSet. Alle positive aminosyrer på AID har blitt mutert til enten en alanin (A) eller et glutamat (E). Mutantenes kjerneimport kinetikk, steady-state kjernelokalisering, binding til kjerneimport adaptor protein Importin alpha 3 og enzymaktivitet er studert. Ved hjelp av en 3D modell av AID har vi klart å lokalisere de viktige aminosyrene for kjerneimport til et bestemt område på overflate av proteinet. Videre har vi funnet ut at AID lokalisering til den intranuklære strukturen nukleolus, sammen med en AID-bindende protein CTNNBL1, er også avhengig av de aminosyrene som er viktige for kjerneimport. For å verifisere resultatene i B celler der AID uttrykkes under fysiologisk forhold, transfekterte jeg AID inn i en mus B-cellelinje (CH12F3), og etablerte også cellelinjer der fusjonsprotein AID-YFP og YFP var stabilt uttrykt. Resultatene er inkludert i et manuskript som forventes å bli publisert i løpet av 2012.
Hvordan AID utøver sin funksjon målrettet på Ig genene mens resten av genomet forblir uberørt er fortsatt et mysterium. Det er meget interessant å finne ut hvordan AID orienterer seg i forhold til de ulike strukturene og kromosom områdene når det kommer inn i kjernen. Jeg har studert AID i forhold til mange intranuklære strukturene i flere adherente ikke-B cellelinjer og funnet at AID lokalisering inni kjernen ikke er tilfeldig. Disse resultatene skal kontrolleres videre i B celler.
- essensielt i det ervervede immunforsvaret og risikofaktor i kreftutvikling og autoimmune sykdommerAID (aktiverings-indusert deaminase) er nøkkelenzymet i det ervervede immunsystemet hvor det er essensielt for antistoff-diversifisering. Det ervervede immunforsvaret har antigen-spesifikk antistoff “hukommelse”, som karakteriseres av to antigen-induserte modifikasjoner av immunoglobuliner: somatisk hypermutasjon (SHM) og klasseskift rekombinering (CSR). Disse egenskapene har vært kjent for oss i lang tid, men de molekylære mekanismene bak har ligget skjult i en ”svart boks” inntil nylig. Gjennombruddet kom da den japanske gruppen ledet av Dr. Honjo oppdaget AID enzymet, som er essensielt for både SHM og CSR. Pasienter med defekt i AID enzymet utvikler et sykdomsbilde karakteriseres som hyper-IgM syndrom (HIGM) der de har primær immunsvikt.
AID utøver sine funksjoner ved å generere mutasjoner i DNA og uregulerte AID aktiviteter kan ha katastrofale følger. AID har blitt koblet til utvikling av mange typer av kreft som: lymfekreft, lungekreft, leverkreft, kreft i tarm og magesekk. AID overuttrykk ble også assosiert med produksjon av høy patogene autoantistoffer. Østrogen stimulering har også vist til å kunne påvirke AID ekspresjon og spørsmålet om hvorfor kvinner er spesielt utsatt for autoimmune sykdommer, bryst- og eggstokkreft kan dermed linkes til AID initiert DNA instabilitet. Den senere utviklingen viser altså en mulig forbindelse mellom dysregulering av AID og to viktige patologityper hos mennesker, nemlig kreftutvikling og autoimmunitet.
Formålet med prosjektet er å oppnå bedre forståelse av hvordan AID reguleres og hvordan det på en målrettet måte kan mutere Immunoglobulin genet (antistoff diversifisering) samtidig som det unngår å mutere resten av genomet (kreft og autoimmun sykdom). Videre vil vi undersøke hvordan AID samvirker med DNA-reparasjons enzymene for å hindre normal reparasjon og sikre mutasjoner (SHM) og klasseskift rekombinasjon (CSR).
I celler er AID hovedsaklig lokalisert til cytoplasma, men for at AID skal kunne deaminere cytosin i immunoglobulin genet, må det transporteres inn i cellekjernen. Vi har jobbet med å avklare mekanismer for AID kjerneimport de siste årene. I samarbeid med en kanadisk gruppe publiserte vi en artikkel om AID kjernelokaliseringssignal (NLS) i Nature Structure and Molecular Biology i 2009, men detaljer om hvilke aminosyrer som er viktige for NLSet var fortsatt uklart. Min kollega Ida Ericsson har undersøkt grundig og systematisk på import kinetikk og enzymaktivitet på AID mutanter der hver positiv aminosyre på AID har blitt mutert til enten en alanin (A) eller et glutamat (E). For å kunne konkludere om effekter til mutasjonene trenger vi å vite mutantenes evne til å binde importin som er en viktig adpator i kjernetransport av NLSbærende proteiner. I samarbeid med Dr. Nina Liabakk har jeg siden høsten 2010 arbeidet med å optimalisere en Pulldown assay der jeg forsøker å oppnå kvantitative data over interaksjonsstyrker mellom AID mutanter og en mutert form av importin alpha3. Assayet ser ut til å være fungerende nå og vi skal kjøre forsøk med både AID singelmutanter og delesjonsmutanter med flere paralleller.
Vitenskapelige artikler
ida ericsson, yi hu, kathrin torseth, ottar sundheim, nina liabakk, geir slupphaug, hans krokan, bodil kavli
Mechanism for nuclear import of activation-induced deaminase
conference: Responses to DNA damage from molecular mechanism to human disease
yi hu, ida ericsson, kathrin torseth, ottar sundheim, nina liabakk, geir slupphaug, hans krokan, bodil kavli
Mechanism for nuclear import of activation-induced deaminase
Conference: fourth EU-USA conference on DNA base damage and repair
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU