Untersuchungen zur funktionellen Bedeutung der Protein-Arginin-Methylierung in humanen Zellen

Abstract

Die Methylierung von Argininresten in Proteinen ist eine posttranslationale Modifikation, die an der Regulation zahlreicher zellulärer Prozesse beteiligt zu sein scheint. Trotz der Identifizierung einer größeren Anzahl an Substratproteinen und Strukturaufklärung einiger der für die Methylierung verantwortlichen Enzyme ist es bisher nicht gelungen ein Gesamtbild der tatsächlichen funktionellen Bedeutung der Arginin-Methylierung in lebenden Zellen zu entwerfen. Um grundlegende Einblicke in die Dynamik funktioneller Netzwerke zu erlangen, an denen Arginin-Methyltransferasen beteiligt sind, wurden in dieser Dissertation alle bisher bekannten Protein-Arginin-Methyltransferasen (PRMTs) vergleichend untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass die Mitglieder der PRMT-Familie spezifische, nicht redundante Aufgaben in der lebenden Zelle erfüllen, und sich in Lokalisation, Mobilität und Komplexbildung unterscheiden. So zeigte sich, dass die am häufigsten vorkommende Methyltransferase PRMT1, aber nicht die anderen PRMTs, funktionell an Komplexen im Zellkern immobilisiert wird. In weiterführenden Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Immobilisierung von PRMT1 durch stabile Wechselwirkung mit Substratproteinen im Nukleosom und in hnRNP-Komplexen verursacht wird. Die Bindung des Enzyms an die hnRNP-Komplexe wird dabei durch eine direkte Wechselwirkung mit dem „Scaffold Attachment Factor A“ (SAF-A) vermittelt, der selbst ein Substrat von PRMT1 darstellt und an mehreren in dieser Arbeit kartierten Stellen methyliert wird. Die Bindung von PRMT1 an Komponenten der hnRNP-Komplexe lässt vermuten, dass das Enzym regulatorische Aufgaben im Zusammenhang mit mRNA-Reifung und -Transport erfüllt. Zusätzlich konnte erstmals eine neue Isoform von SAF-A identifiziert werden, die ebenfalls mit PRMT1 interagiert, aber kein Substrat des Enzyms darstellt. Vergleichende Charakterisierungen der beiden SAF-A-Isoformen legen den Schluss nahe, dass die beiden Proteine verschiedene physiologische Funktionen ausüben. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse gestatten neue Einblicke in die physiologische Rolle der Arginin-Methylierung in lebenden Zellen und bilden somit eine wichtige Grundlage für weiterführende Untersuchungen.