The Role of the E3 Ubiquitin Ligase Cdh1-APC in Axon Growth in the Mammalian Brain
Die Rolle der E3 Ubiquitin Ligase Cdh1-APC in Axon Wachstum im Gehirn von Säugetieren
by Madhuvanthi Kannan
Date of Examination:2012-08-22
Date of issue:2012-09-14
Advisor:Dr. Judith Stegmüller
Referee:Dr. Judith Stegmüller
Referee:Prof. Dr. Gregor Bucher
Referee:Dr. Dr. Oliver Schlüter
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Format:PDF
Abstract
English
Neuronal differentiation begins with initiation of the axon. Both extrinsic factors in the neuronal environment and cell-autonomous players contribute to successful axonal morphogenesis. The E3 ubiquitin ligase, Cdh1-Anaphase Promoting Complex (Cdh1-APC) is implicated in cell-intrinsic inhibition of axonal growth in the mammalian brain. In restricting axon growth, Cdh1-APC targets the transcription factors SnoN and Id2 for proteasomal degradation. However, whether the E3 ligase collaborates with extrinsic signaling in controlling axon growth is unknown. In this study, I show that mitogen activated protein kinase (MAPK), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and Rho GTPases, effectors of extrinsic trophic signaling, interface with the Cdh1-APC pathway. While MAPK and PI3K activity antagonize Cdh1 inhibition of axon growth, the small Rho GTPases RhoA and Cdc42 are positive mediators of the pathway. A mechanistic insight into the Cdh1-APC/RhoA relationship identified the homologous to E6-AP (HECT) E3 ligase, smad ubiquitination regulatory factor-1 (Smurf1), a negative regulator of RhoA, as a substrate of Cdh1-APC. Smurf1 promotes axon growth downstream of Cdh1-APC by targeting RhoA to proteasomal degradation. Smurf1 binds to Cdh1-APC in a D-box dependent manner and consequently, a stable Smurf1 D-box mutant overcomes Cdh1 inhibition by degrading RhoA and exhibits a gain-of-function in axon growth both on permissive substrates and on myelin. p250 GTPase activating protein (p250GAP), a RhoA inactivator, also participates in the Cdh1-APC pathway alongside Smurf1. Again a positive regulator of axon growth, p250GAP shares a linear pathway downstream of Cdh1-APC. Taken together, my study places Cdh1-APC at the intersection of intrinsic and extrinsic signaling cascades that controls axon growth. Further, my results reiterate an emerging role for the E3 ligase as a suppressor of axon extension and uncover novel candidates for regenerative therapy.
Keywords: Cdh1-APC; RhoA; Smurf1; p250GAP; ubiquitination; axon growth; regeneration
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Mit der Ausbildung des Axons beginnt die
neuronale Differenzierung. Sowohl extrinsische Faktoren der
zellulären Umgebung als auch intrinsische Programme tragen zur
erfolgreichen Axonogenese bei. Die E3 Ubiquitin Ligase Cdh1-APC
(Anaphase Promoting Complex) ist ein zellintrinsischer Inhibitor
des Axonenwachstums im Säugergehirn. In diesem Zusammenhang sorgt
Cdh1-APC für den proteasomalen Abbau der Transkriptionsfaktoren
SnoN und Id2. Jedoch ist unklar, ob Cdh1-APC mit extrinsischen
Signalen kooperiert, um Axonwachstum zu steuern. In dieser Studie
zeige ich, dass MAPK (mitogen activated protein kinase), PI3K
(phosphatidylinositol-3-kinase) und Rho GTPases, Effektoren
extrinsischer trophischer Signale, mit dem Cdh1-APC Signalweg
interagieren. Während MAPK und PI3K der Inhibition von Cdh1-APC
entgegenwirken, unterstützen die GTPasen RhoA und Cdc42 die
Wachstumsinhibition von Cdh1-APC. Mechanistischen Einblick gewährte
die Identifizierung der HECT (homologous to E6-AP) E3 Ligase Smurf1
als Substrat von Cdh1-APC. Smurf1 stimuliert Axonenwachstum
Schlagwörter: Cdh1-APC; RhoA; Smurf1; p250GAP; Ubiquitination; Axonenwachstum; Regeneration