GERANYLGERANYLAATIO luonnollisessa immuniteetissa. CAAX proteiinit (Thesis 2018)

 Naga Venkata Muralikrishna Akula (2018) 

: Defining the importance of protein geranylgeranylation in innate immunity ISBN 978-91-234-2 (

Eilisen väitöskirjan (14.12. 2028)  ruotsalainen yhteenveto   löytyi väitöskirjan sivuilta ja teen siitä suomennosta:

”Ensimmäisen tyypin  geranyylgeranyyli-transferaasi-entsyymi (GGT-1) kytkee noin sataan solun sisäproteiiniin  erään rasvamolekyylin, isoprenoidin ja tätä prosessia  sanotaan  proteiinin prenyloimiseksi ( prenylaatio).

Eräs prenyloituvien proteiinien luokka on RHO-proteiinit.( Esim: RHOA, Ras-homolog family memberA) .
 RHO-proteiinit ovat infektioissa ja vaurioissa aktivoituvien tulehdussolujen funktiolle tärkeitä. On oltu kauan sitä mieltä, että RHO-proteiinit pystyvät kiinnittymään  solukalvoon  prenyloituina helpommin päästen  kontaktiin RHO-proteiinien aktivaattoriproteiinien kanssa.

 Kun ensi kertaa alettiin tätä tutkia, havaittiin odotetusti hiiren makrofagien GGT-1-geenin  poiston  estävän RHO-proteiinien modifioitumisen , mutta odottamatonta löytöä oli, että inaktivoitumisen sijasta RHO-proteiinit koostuivat  kokoon aktiivissa muodossaan, ja makrofageista tuli hyperaktiivisia, jolloin  aiheuttivat tulehdusta ja nivelreumaa.

Tutkijoita kiinnosti myös, millä tavalla  statiinit pystyvät aktivoimaan RHO-proteiineja ja stimuloimaan esiin tulehduksellisten ainesten tuotannon.  

Kun statiinit estävät kolesterolin syntetisoitumista, estyy myös kyseessä olevien RHO-proteiinien prenylaatioon tarvittavien prenyloivien lipidimolekyylien (isoprenoidien) tuotanto. 

Tämä väitöstyö koettaa vstata näihin kysymyksiin.
 

Ensimmäisessä osatyössä tutkijaryhmä havaitsi, että GGT-1-puutteisissa makrofageissa aktivoitui pyriini-inflammasomi (MEFV) ja kaspaasi-1, mitkä johtivat inflammaatiota käynnistävien ainesten kuten IL-1beetan  tuotantoon.

Toisessa osatyössä tutkijat havaitsivat, että hiirillä  RHO-proteiini  RAC1 yksinään vastasi tulehduksen ja reumatismin kehkeytymisestä.
 Lisäksi tutkijat havaitsivat, että jos RAC1 jää prenyloitumatta, se muuttuu hyperaktiiviseksi, sillä se saa vahvasti lisääntyneen kyvyn sitoutua RAS-GTPaasia aktivoivan proteiinin kaltaiseen proteiiniin 1 (IQGAP1) ja TIAM1 proteiiniin.

TIAM1 ja IQGAP1- proteiinit taas  edelleen  antavat stimulaatiota NF-kB-proteiineille ja kuten aiemmin  mainittiin,  inflammasomille ja kaspaasi-1:lle. 

Osoittaakseen RAC1:n ja IQGAP1:n osallistumiset tutkijat tekivät  ensin RAC1- poistogeenisyyden  ja  he havaitsivat reumatismin käytännöllisesti katsoen kadonneen.
Kun he siten tekivät  IQGAP1-poistogeenisyyden, he havaitsivat  RAC1-proteiinin  (ja muiden RHO-proteiinien) saaneen takaisin normaaliaktiivisuutensa  ja samalla  tulehdus  ja reumatismi parantuivat.

Tutkijat huomasivat myös, että statiinit estävät RAC1-proteiinin prenyloitumista ja lisäävät IL-1beta-tuotantoa, ja tämä vaikutus riippuu IQGAP1:stä.

Näistä tutkimuksista voidaan tehdä johtopäätös, että prenylaation estyttyä RAC1 sitoutuu IQGAP1- ja TIAM1- proteiineihin muuttuen hyperaktiiviksi ja aiheuttaen  massiivin tulehduksen. Tämä puolestaan merkitsee sitä, että prenyloituminen normaalisti toimiessaan jarruttaa immuunivastetta estämällä RAC1-proteiinin aktivoitumista. 

Laajemmin asiaa katsoen nämä tulokset jo sinänsä johtavat prenylaation lisääntyneeseen ymmärtämiseen, mutta lisäksi tutkijat  tunnistivat IQGAP1- proteiinin  ja jossain määrin myös RAC1-proteiinin  uusina mahdollisina lääkekohteina, joita voidaan käyttää  erään  epätavallisen ja vakavan autoinflammatorisen taudin, mevalonikinaasin puutteen (MKD), hoitoon.

• Sammanfattning

• Enzymet geranylgeranyltransferase typ I (GGTase-1) kopplar på en fettmolekyl på ett 100-tal proteiner inne i celler i en process som kallas prenylering.
• En klass proteiner som prenyleras heter RHO-proteiner. RHO-proteiner är viktiga för funktionen hos inflammatoriska celler som aktiveras vid infektioner och skador. Man har länge tänkt att prenyleringen gör att RHO-proteinerna lättare kan binda till membran i cellen där de kommer i kontakt med proteiner som aktiverar RHO-proteinerna. När vi först studerade detta fann vi att om man knockar ut genen som kodar för GGTase-1 i makrofager hos möss så hindras modifieringen av RHO-proteiner, som förväntat, men istället för att inaktiveras så ansamlade sig RHO-proteinerna i sin aktiva form, och makrofagerna blev hyperaktiva och orsakade inflammation och ledgångsreumatism.

• Vi är också intresserade av hur de kolesterolsänkande statinerna kan aktivera RHO-proteiner och stimulera produktion av inflammatoriska substanser. När statinerna hämmar kolesterolsyntesen så hämmas också produktionen av den fettmolekyl (isoprenoid) som kopplas på RHO-proteinerna. I denna avhandling har jag försökt svara på dessa frågor.

• I det första projektet, fann vi att i makrofager som saknar GGTase-1 aktiverar pyrin-inflammasomen och caspas-1 som leder till produktionen av en inflammationsdrivande susbtans som heter interleukin 1-beta (IL-1b).
• I det andra projektet fann vi att RHO-proteinet RAC1 ensamt ansvarar för utvecklingen av inflammation och reumatism i mössen.
• Vi fann vidare att när RAC1 inte prenyleras, så blir det hyperaktivt på grund av att det får en kraftigt ökad förmåga att binda till proteinerna TIAM1 och IQGAP1 vilka stimulerar signalering till proteinerna NF-KB och som tidigare, till inflammasomen och caspas-1.

• För att bevisa inblandingen av RAC1 och IQGAP1 så knockade vi först ut genen för RAC1 och fann att inflammationen och reumatismen så gott som försvann, och när vi knockade ut genen för IQGAP1 fann vi att RAC1 (och övriga RHO-proteiner) återfick normalaktivitet och att inflammationen och reumatismen botades.
• Vi fann också att att statiner hämmar prenylering av RAC1 och ökar produktionen av IL-1b och att denna effekt beror på IQGAP1.

• Från dessa studier kan vi dra slutsatsen att när prenylering hämmas, så binder RAC1 till IQGAP1 och TIAM1, blir hyperaktivt och orsakar sen massiv inflammation.
• Detta betyder i sin tur att prenylering normalt sett fungerar som en broms för immunförsvaret genom att hämma RAC1-aktivering.

I ett bredare perspektiv leder våra resultat till en ökad förståelse för prenylering i sig, men vi identifierar också IQGAP1, och till viss mån även RAC1, som nya potentiella måltavlor för läkemedel som kan användas för behandling av en ovanlig men allvarlig autoinflammatorisk sjukdom som heter Mevalone kinase deficiency (MKD) .

(Geenin etsintä tällä nimellä GGTase-1 ei anna tulosta. , Geranylgeranyltransferase type 1, geranyylgeranyylitransferaasi tyyppi 1, vaan johtaa FNTA ja FNTB geeneihin).

• FNTA geeni (8p11.21)

Farnesyltransferase  Aliases for FNTA Gene
Farnesyltransferase, CAAX Box, Alpha ^{2 3 5}
Protein Farnesyltransferase/Geranylgeranyltransferase Type-1  subunit alpha  https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=FNTA&keywords=farnesyltransferase

FNTB geeni,(14q23.3)  Farnesyltransferase subunit beta.  CAAX Box beta
https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=FNTB&keywords=farnesyltransferase

 

RAC1,(7p22.1)  Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1
https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=RAC1&keywords=RAC1

RAC2

RAC3

RCE1, (11q13.2)  CAAX protein prenyl protease 2, Farnesylated protein converting enzyme 2.
( https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=RCE1&keywords=RCE1

RHO, Ras homolog gene family 

RHOA* (3p21.31),  https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=RHOA&keywords=RHOA    
(RHOA on jostain syystä SARS2 viruksen  nsp7 proteiinin interaktioproteiini)

RHOGD1(17q25.3),  RHO protein GDP dissociation inhbition
https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=ARHGDIA&keywords=RHOGDI

This gene encodes a protein that plays a key role in the regulation of signaling through Rho GTPases. The encoded protein inhibits the disassociation of Rho family members from GDP (guanine diphosphate), thereby maintaining these factors in an inactive state. Activity of this protein is important in a variety of cellular processes, and expression of this gene may be altered in tumors. Mutations in this gene have been found in individuals with nephrotic syndrome, type 8. Alternate splicing results in multiple transcript variants. [provided by RefSeq, Jul 2014]

IQGAP1,

TIAM1, T-cell lymphoma invasion and metastasis- inducing protein 1

MKD, Mevalonate kinase deficiency

Muistiin 15.12. 2018. Päivitystä 2.6. 2020.

Lähdetietoa: 

• IQGAP1 gene (15q26.1)  IQ motif containing  Ras-GTPase activating like ,  Ras GTPase-activating-like protein IQGAP1  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/8826 https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=IQGAP1&keywords=IQGAP1

IQGAP2 (5q11.3)  https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=IQGAP2&keywords=IQGAP2

• TIAM1 gene (21q22.11), encodes GEF , (Guanine nucleotide exchange factor)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/7074

https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=TIAM1&keywords=TIAM1

T-Cell lymphoma invasion and metastasis-i nducing protein 1.

summary

smart00325
Location:77 → 266

RhoGEF; (GEF) Guanine nucleotide exchange factor for Rho/Rac/Cdc42-like GTPases