Huntingtin toxicity is ameliorated by BAG1 through modulation of its aggregation, degradation and subcellular distribution
BAG1 verringert die Toxizität von mutiertem Huntingtin und moduliert dessen Aggregation, proteasomale Degradation und subzelluläre Verteilung.
by Kamila Sroka
Date of Examination:2008-04-29
Date of issue:2009-02-23
Advisor:PD Dr. Pawel Kermer
Referee:Prof. Dr. Mathias Bähr
Referee:Prof. Dr. Klaus-Armin Nave
Referee:Prof. Dr. Fred Wouters
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3273
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Huntington s disease (HD) is a fatal neurodegenerative disorder resulting from an expansion of a polyglutamine stretch in a ubiquitously expressed protein called huntingtin. Intraneuronal inclusion body formation and the accumulation of mutant huntingtin N-terminal fragments in the nucleus are the pathological hallmarks of the disease. It is thought that nuclear localization of mutant huntingtin leads to toxicity, while inclusion body formation exerts a beneficial function of sequestering the toxic fragment.We evaluated the effect of the co-chaperone BAG1 on mutant huntingtin toxicity and investigated its mechanism of action. BAG1 is a multifunctional protein, delivering chaperone-recognized substrates to the proteasome for degradation. It is essential for proper CNS development, it stimulates neuronal differentiation and protects from a variety of apoptotic insults. Here, we show that BAG1 reduces inclusion body formation and accelerates the degradation of mutant huntingtin in a proteasome- and Hsp70-dependant manner. Moreover, it inhibits translocation of mutant huntingtin into the nucleus. This effect can be overcome by overexpression of Siah-1, an E3-ligase negatively regulated by BAG1 and known to be involved in nuclear import of mutant huntingtin. In addition, we observed that BAG1 leads to decreased cellular levels of Siah1. Finally, BAG1 protects from mutant huntingtin induced cell death in vivo and in vitro. In a Drosophila HD model BAG1 significantly ameliorates photoreceptor cell loss and leads to decreased levels of mutant huntingtin fragment. In summary, we present BAG1 as a novel therapeutic tool modulating key steps in huntingtin toxicity in vitro and ameliorating huntingtin toxicity in vivo.
Keywords: aggregation/BAG1/Huntington s disease/polyglutamine/Siah1
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Die Huntington sche Erkrankung ist eine zum Tod führende neurodegenerative Erkrankung. Die entsteht durch die Expansion eines Polyglutamin-Tripletts in dem ubiquitär exprimierten Protein Huntingtin. Intraneuronale Einschlusskörper und Akkumulation von N-terminalen Fragmenten des mutierten Huntingtins im Zellkern sind die pathologischen Kennzeichen der Erkrankung. Man vermutet, dass die nukleäre Lokalisation des mutierten Huntingtins zu Toxizität führt, während die Einschlusskörper die positive Funktion der Absonderung des toxischen Fragments ausüben. Wir untersuchten den Effekt des Co-Chaperones BAG1 auf die Toxizität des mutierten Huntingtins und seine Wirkmechanismen. BAG1 ist ein multifunktionales Protein, das Substrate, die vom Chaperone erkannt wurden, zum Abbau im Proteasom abliefert. Es ist essentiell für eine regelrechte ZNS-Entwicklung, stimuliert neuronale Differenzierung und schützt vor einer Reihe apoptotischer Vorgänge. Hier zeigen wir, dass BAG1 die Einschlusskörperbildung verringert und den Abbau von mutiertem Huntingtin in einer Proteasom- und Hsp70-abhängingen Weise beschleunigt. Zusätzlich inhibiert es die Translokation des mutierten Huntingtins in den Zellkern. Dieser Effekt kann überwunden werden durch die Überexpression von Siah-1, einer E3-Ligase, die durch BAG1 negativ reguliert wird und in die nukleäre Einfuhr von mutiertem Huntingtin involviert ist. Außerdem haben wir beobachtet, dass BAG1 zu verminderten zellulären Siah1-Spiegeln führt. Schließlich schützt BAG1 in vitro und in vivo vor von mutiertem Huntingtin induziertem Zelltod. In einem Dosphila Modell der Huntington schen Erkrankung verbessert BAG1 signifikant den Photorezeptorzellverlust und führt zu verringerten Spiegeln des mutierten Huntingtinfragments. Zusammenfassend präsentieren wir BAG1 als ein neues therapeutisches Mittel, das entscheidende Schritte der Huntingtin-Toxizität in vitro moduliert und Huntingtin-Toxizität in vivo verringert.
Schlagwörter: Einschlusskörperbildung/BAG1/Die Huntington sche Erkrankung/Polyglutamin/Siah1
