The Coiled-coil Domain Is the Structural Determinant for Mammalian Homologues of Drosophila Sina-mediated Degradation of Promyelocytic Leukemia Protein and Other Tripartite Motif Proteins by the Proteasome

Mammalian homologues of Drosophila Seven in Absentia (SIAHs) target for proteasome-mediated degradation several factors involved in cell growth and tumorigenesis. Here we show that SIAH-1/2 binds and targets for proteasome-mediated degradation the putative tumor suppressor and tripartite motif (TRIM) family member PML, leading to the loss of its transcriptional co-activating properties and a reduction in the number of endogenous PML nuclear bodies. Association with PML requires the substrate-binding domain (SBD) of SIAH-1/2 through an interacting surface apparently distinct from those predicted by the structural studies, or shown experimentally to mediate binding to SIAH-associated factors. Within PML, the coiled-coil domain is required for Siah- and proteasome-mediated degradation, and deletions of regions critical for the integrity of this region impair the ability of Siah to trigger PML-RAR degradation. Fusion of the coiled-coil domain to heterologous proteins resulted in the capacity of mSiah-2 to target their degradation. All of the TRIM proteins tested were degraded upon mSiah-2 overexpression. Finally, we show that the fusion protein PML-RAR (that retains the coiled-coil domain), which causes acute promyelocytic leukemias, is also a potential substrate of mSiah-2. As a result of mSiah-2 overexpression and subsequent degradation of the fusion protein, the arrest in hematopoietic differentiation because of expression of PML-RAR is partially rescued. These results identify PML and other TRIMs as new factors post-translationally regulated by SIAH and involve the coiled-coil region of PML and of other SIAH substrates as a novel structural determinant for targeted degradation

Elucidation of the substrate binding site of Siah ubiquitin ligase

The Siah family of RING proteins function as ubiquitin ligase components, contributing to the degradation of multiple targets involved in cell growth, differentiation, angiogenesis, oncogenesis, and inflammation. Previously, a binding motif (degron) was recognized in many of the Siah degradation targets, suggesting that Siah itself may facilitate substrate recognition. We report the crystal structure of the Siah in complex with a peptide containing the degron motif. Binding is within a groove formed in part by the zinc fingers and the first two ß strands of the TRAF-C domain of Siah. We show that residues in the degron, previously described to facilitate binding to Siah, interact with the protein. Mutagenesis of Siah at sites of interaction also abrogates both in vitro peptide binding and destabilization of a known Siah target

CHARACTERIZATION OF THE E3 UBIQUITIN LIGASE SIAH2 AS AN ANTI-CANCER TARGET

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Components of the Ubiquitin Proteasome System are Required for the Nonapoptotic Death of the C. Elegans Linker Cell

Cell death is a major cell fate that promotes tissue sculpting and morphogenesis during animal development. Many developmental cell-culling events cannot be accounted for solely by caspase-dependent apoptosis, yet, alternate pathways are poorly understood. Direct evidence that caspase-independent non-apoptotic cell death pathways operate during animal development is provided by studies of the C. elegans linker cell. Genetic studies of linker cell death have led to the identification of genes that promote this process, including pqn-41, which encodes a glutamine-rich protein, as well as tir-1/TIRdomain and sek-1/MAPKK, which may function in the same pathway as pqn-41. The let- 7 microRNA and its indirect target, the Zn-finger transcription factor LIN-29, also promote linker cell death, and may act early in the process. Our work suggests that components of the ubiquitin proteasome system (UPS) act to promote linker cell death. We show that LET-70, an E2 ubiquitin-conjugating enzyme, is required cell-autonomously for linker cell death. LET-70 levels, as well as those of ubiquitin and some proteasome components, increase just before linker cell death initiation. This rise is dependent on an MLL-type histone methyltransferase complex and a MAPK cascade, whose activities are required for linker cell death. The E3 ligase components SIAH-1, RBX-1, and CUL-3 are also required for linker cell death and appear to act in the same pathway as let-70. We also identify the PLZF transcription factor EOR-1, and its accessory protein, EOR-2 as major regulators of linker cell death. Our studies suggest that EOR-1/2, as well as all known regulators of the linker cell death pathway may act upstream of UPS components to promote cell death. Our studies reveal that activation of the ubiquitin proteasome system is an important event promoting linker cell death. Given the morphological similarities between linker cell death and non-apoptotic developmental and pathological cell death in vertebrates, we raise the possibility that the proteasome may be a key mediator of vertebrate cell death

SIAH1 (siah E3 ubiquitin protein ligase 1)

Review on SIAH1 (siah E3 ubiquitin protein ligase 1), with data on DNA, on the protein encoded, and where the gene is implicated

Der pathomolekulare Mechanismus einer t(4;11)-assoziierten Leukämie

Reziproke chromosomale Translokationen sind häufig mit Leukämien und Lymphomen assoziiert und gelten in vielen Fällen als Ursache der Erkrankung. Die reziproke Translokation t(4;11) findet man hauptsächlich bei Kleinkindern, die an einer akuten lymphatischen Leukämie erkrankt sind, aber auch bei älteren Patienten mit einer Sekundärleukämie. Die leukämischen Blasten dieser Patienten sind meist gegen konventionelle Therapiekonzepte resistent, was zu einer ungewöhnlich schlechten Prognose führt. Die Chromosomenbande 11q23 ist an einer Vielzahl chromosomaler Translokationen beteiligt. Die dadurch erzeugten reziproken MLL-Fusiongene sind alle mit der Entstehung einer Hochrisikoleukämie korreliert. Für einige der dabei entstehenden Fusionsproteine konnte nach retroviraler Transduktion in hämatopoietische Vorläuferzellen gezeigt werden, dass sie onkogenes Potential besitzen und eine myeloische Leukämie in transgenen oder transienten Mausmodellen initiieren können. Für die Produkte einer Translokation t(4;11) konnte dies bislang nicht erfolgreich untersucht werden. Bei der Translokation t(4;11) werden die beiden Partnergene MLL und AF4 so miteinander verknüpft, dass auf den neu gebildeten Derivatchromosomen zwei Fusionsgene (MLL•AF4 und AF4•MLL) mit einem intakten Leserahmen entstehen. Da man in den leukämischen Blasten im Regelfall beide Fusionstranskripte findet, nehmen wir an, dass beide Genprodukte zur Fehlregulation und Entartung der Zelle beitragen. Um den potentiell onkogenen Wirkmechanismus der t(4;11) Translokation zu untersuchen, wurde ein induzierbares Expressions-System in murinen embryonalen Fibroblasten (MEF) etabliert. Anhand dieses Zellsystems gelang es das potententielle onkogene Potential der Fusionsproteine MLL•AF4 und AF4•MLL, bzw.des Wildtyp AF4 Proteins in Focus Formation Assays sichtbar zu machen. Dabei konnte die Bildung zellulärer Foci eindrucksvoll für das Wildtyp AF4 Protein und das AF4•MLL Fusionsprotein dargestellt werden. Das MLL•AF4 Fusionsprotein war nicht in der Lage den Verlust der Kontaktinhibition und damit Focus-Bildung in den Zellen zu initiieren. Die anschließende Definition des AF4 Wildtyp- und AF4•MLL Fusionsproteins als Proto-/Onkoprotein, führte zu der Arbeitshypothese, dass der Nterminale Bereich des AF4 Proteins (AF4•N) Wachstums-transformierendes Potential besitzt. Aufgrund der vorliegenden Daten und zur genaueren Charakterisierung des AF4 Proteins wurden anschließend Interaktions-Studien mit dem AF4•N Protein durchgeführt, wobei die beiden E3 Ubiquitin Ligasen SIAH1 und SIAH2 als Interaktionspartner des AF4•N Proteins identifiziert wurden. E3 Ubiquitin Ligasen sind wichtige Bestandteile der Ubiquitinylierungs-Maschinerie und der damit verbundenen proteasomalen Degradation. Dabei sind die SIAH Proteine, wie alle E3 Ubiquitin Ligasen, für die Spezifität der Proteasom-abhängigen Degradation verantwortlich, indem sie über ihre Substrat-Binde Domäne im C-Terminus mit den abzubauenden Targetproteinen interagieren. Die spezifische Interaktion der SIAH Proteine mit dem AF4•N Protein konnte in unabhängigen Experimenten sowohl in vitro als auch in vivo bestätigt werden. Durch den Einsatz des Proteasom-Inhibitors MG132 konnte zudem der effiziente, SIAH1-vermittelte und Proteasom-abhängige Abbau von AF4•N demonstriert werden. Mit weiterführenden Experimenten konnte auch für das Wildtyp AF4 Protein und für das AF4•MLL Fusionsprotein eine Regulation der Proteinstabilität über das SIAH1 Protein festgestellt werden. Eine SIAH1-vermittelte Degradation ist jedoch nur auf das AF4•MLL full-length Fusionsprotein beschränkt. Eine proteolytische Spaltung des AF4•MLL Fusionsproteins durch die Protease Taspase1 innerhalb des MLL Fusionsanteils führte zur Bildung eines stabilen der4•N/MLL•C Proteinkomplexes und dessen Akkumulation in den Zellen. Basierend auf diesen Ergebnissen konnte für t(4;11) Translokationen ein erster pathomolekularer Mechanismus zur Leukämie-Entstehung aufgezeigt werden. Dieser beruht im wesentlichen auf der Akkumulation des der4•N/MLL•C Proteinkomplexes, welcher sich der effizienten Kontrolle durch die E3 Ubiquitin Ligase SIAH1 entzieht. Dadurch wird der Wachstums-transformierende AF4•N Proteinanteil in die Lage versetzt sein onkogenes Potential zu vermitteln

Modulation by Post-Translational Modifications of Kinases implied in genotoxic stress

Endocannabinoids are released in response to pathogenic insults and may play an important role in neuroprotection. In this study we have found a number of NADA targets responsible in biological processes of great significance. On the one hand, we demonstrate that NADA induces p38 MAPK phosphorylation which triggers the accumulation of COX-2 protein, which mediates inflammation, immunomodulation, blood flow, apoptosis and fever. On the other hand, we show that NADA down-regulates SIAH2, a key ubiquitin ligase in hypoxia and tumorogenesis, leading to an increase of HIF-1¿ protein. This confirms previous data that verify the role of NADA and HIF-1¿ as neuroprotective markers. With the aim of getting to know how SIAH2 activity is regulated at a post-translational level a kinase screening was performed. We found, among other kinases, that DYRK2 (crucial in the p53 apoptotic response) directly phosphorylates SIAH2 at fives residues: S16, T26, S28, S68 and T119. Such phosphorylation meant a change in activity of SIAH2, enhancing its ability to degrade its well known substrate PHD3. Likewise, SIAH2 degraded DYRK2 very efficiently by means of ubiquitination via proteasome. Such degradation reduced p53 Ser 46 phosphorylation, which could explain how cells can escape chemotherapeutic drug treatment