From screening to function - Evolutionary conservation of novel JAK/STAT signal transduction pathway components
Vom 'Screen' zur Funktion - Evolutionäre Konservierung neuer Komponenten des JAK/STAT-Signalübertragungsweges
von Patrick Müller
Datum der mündl. Prüfung:2007-03-09
Erschienen:2007-04-03
Betreuer:Dr. Martin P. Zeidler
Gutachter:Dr. Martin P. Zeidler
Gutachter:Prof. Dr. Mary Osborn
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Name:mueller_p.pdf
Size:39.9Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
Signal transduction pathways mediating the exchange of information between cells are essential for development, cellular differentiation and homeostasis. Their dysregulation is also frequently associated with human malignancies. The Janus tyrosine kinase/signal transducer and activator of transcription (JAK/STAT) cascade represents one such signaling pathway whose evolutionarily conserved roles include cell proliferation and hematopoiesis. In the present study, a systematic genome-wide screen for genes required for JAK/STAT pathway activity has been performed. By analyzing 20,026 RNA interference (RNAi)-induced phenotypes in cultured Drosophila melanogaster hemocyte-like cells, a total of four previously known and 86 novel and uncharacterized genes were discovered. Subsequently, cell-based epistasis experiments were used to classify these modulators based on their interaction with known components of the signaling cascade. To analyze the functional conservation of these novel components throughout evolution, putative human homologs of the candidates found in Drosophila were targeted in human cell culture systems to assess the activity of human STATs upon knockdown of candidate modulators. Interestingly, 30 of the human homologs display a similar JAK/STAT phenotype to their Drosophila counterparts. In addition to multiple human disease gene homologs, the protein tyrosine phosphatase Ptp61F and the Drosophila homolog of BRWD3, a bromo-domain-containing protein disrupted in leukemia, were found in the RNAi screen. In vivo analysis of these two novel pathway regulators demonstrates that disrupted dBRWD3 and overexpressed ptp61F function as suppressors of leukemia-like blood cell tumors. Moreover, dBRWD3 is localized in the nucleus and can physically interact with Drosophila STAT, likely to induce target gene activity. The present study represents a comprehensive identification of novel loci required for JAK/STAT signaling and provides molecular insights into an important pathway relevant for human cancer. Human homologs of identified pathway modifiers may constitute targets for therapeutic interventions.Weitere Sprachen
Signalübertragungswege regulieren die Verständigung zwischen Zellen und sind für die Entwicklung, zelluläre Differenzierung und Homöostase unentbehrlich. Fehlschaltungen in diesen Signalwegen stehen oftmals mit Krebsbildung in Zusammenhang. Der JAK/STAT-Signalweg (Janus Tyrosin-Kinase/Signal Transducer and Activator of Transcription) stellt einen solchen Signalübertragungsweg dar, der evolutionär konserviert ist und z.B. bei der zellulären Proliferation und bei der Blutbildung eine wichtige Rolle spielt. In dieser Arbeit wurde eine systematische Genom-umfassende Suche nach Genen durchgeführt, welche die Aktivität des JAK/STAT-Signalweges regulieren. Dazu wurden insgesamt 20.026 RNA-Interferenz (RNAi)-induzierte Phänotypen in einer Drosophila melanogaster Zell-Linie analysiert. Es wurden vier bereits bekannte und 86 neuartige Gene entdeckt, welche die Aktivität des JAK/STAT-Signalwegs modulieren. Diese neuen Modulatoren wurden dann in Epistase-Experimenten auf der Grundlage ihrer Interaktion mit bekannten Komponenten des Signalwegs klassifiziert. Um zu prüfen, ob diese neuen Gene auch beim Menschen eine ähnliche Funktion erfüllen, wurden die verwandten Gene in einer menschlichen Zell-Linie mittels RNAi ausgeschaltet und die Aktivität humaner STATs untersucht. Interessanterweise regulieren auch 30 der humanen Homologe den JAK/STAT-Signalweg, von denen viele eine Rolle bei der Entstehung von Krankheiten spielen. Beispiele für die neuen in dieser Arbeit identifizierten Regulatoren sind die Protein-Tyrosin-Phosphatase Ptp61F und das Drosophila-Homolog von BRWD3 - ein Protein mit Bromo-Domänen, das bei einigen Leukämie-Patienten zerstört ist. Die Untersuchung dieser beiden neuartigen Signalwegs-Regulatoren während der Entwicklung von Drosophila zeigt, dass sowohl das zerstörte dBRWD3 als auch das überexprimierte ptp61F die Entstehung von Leukämie-ähnlichen Tumoren unterdrücken können. Das Protein dBRWD3 ist im Zellkern lokalisiert, kann physisch mit dem Drosophila-STAT interagieren und induziert so vermutlich die Aktivität von Zielgenen. In dieser Arbeit wurden neue Gene identifiziert, die bisher noch nicht in Zusammenhang mit dem JAK/STAT-Signalweg gebracht worden waren und so mögliche neue molekulare Mechnismen für die Regulierung eines krebsrelevanten Signalübertragunsgwegs darstellen. Die humanen Homologe der neuen Regulatoren könnten neue Ansätze für therapeutische Eingriffe liefern.
Schlagwörter: JAK/STAT; Signaltransduktion; RNAi; Drosophila