Regulation der PRMT1 durch Proteinphosphorylierung

Protein Arginin Methyltransferasen präsentieren sich als wichtige Regulatoren von Proteinfunktionen in verschiedenen zellulären Prozessen einschließlich Signaltransduktion, RNA Prozessierung, DNA Reparatur und Transkription. Sie üben ihren Effekt durch Katalyse von Mono- oder Dimethylierung an Guanidinstickstoffatomen von Argininseitenketten in Proteinen aus. PRMT1 ist die überwiegende Typ I Methyltransferase, die ca. 85% aller zellulären Monomethyl- und asymmetrischen Dimethylarginine generiert. Sie ist häufig in humanen Erkrankungen, einschliesslich Krebs, fehlreguliert. Die essentielle biologische Funktion wird durch die frühe embryonale Lethalität von PRMT1-defizienten Mäusen unterstrichen. Trotz der neuen Erkenntnisse in der Identifikation von PRMT1-Substraten und des strukturellen Verständnisses des Enzymmechanismus bleibt die Regulation von PRMT1-spezifischen Funktionen weitgehend unbekannt. In diesem Projekt haben wir uns zum Ziel gesetzt, die Regulation der zellulären PRMT1 Methyltransferaseaktivität zu untersuchen und den molekularen Mechanismus dieser Regulation aufzuklären. Unsere vorläufigen Studien zeigen eine induzierbare Phosphorylierung humaner PRMT1 an mehreren Aminosäureresten. Nach unserem Wissen ist dies der erste Hinweis auf posttranslationale Modifikation des PRMT1 Proteins. Die strukturelle Analyse phosphorylierter Regionen in PRMT1 führt uns zur Hypothese, dass Mehrfachphosphorylierung an PRMT1 dessen enzymatische Aktivität durch Modulation der Katalyse des Methylgruppentransfers, der Kofaktor- und der Substratbindung reguliert. Der vorgeschlagene Mechanismus der PRMT1 Regulation soll in biochemischen, strukturellen und funktionellen Studien untersucht werden. Wir möchten auch untersuchen, wie die Phosphorylierung von PRMT1 seine Koregulator funktion in der Transkription beeinflusst. Um die physiologische sowie die mögliche pathologische Signifikanz der PRMT1 Regulation durch posttranslationale Modifikation zu verstehen, soll der Phosphorylierungsstatus von PRMT1 in normalen Zellen und in Tumorzellen untersucht werden.

Arginin Methylierung ist eine häufig vorkommende postranslationale Modifikation von Proteinen, welche in vielen zellulären Prozessen, wie epigentische Regulation der Transkription, Zellkommunikation, DNA Reparatur und prä-mRNA Prozessierung, involviert sind. Obwohl einige Arginin Methyltransferasen (PRMTs) sowie verwandte Substrate speziell in den letzten 10 Jahren identifiziert wurden, bleibt die physiologische und pathologische Rolle verschiedener PRMTs nicht vollständig geklärt. Es ist außerdem wenig über die zelluläre Kontrolle von Methyltransferasen und deren Mechanismus für die Regulation bekannt. Durch ein vom FWF unterstütztes Forschungsprojekt konnten wir das Major Type I PRMT1 als wesentlichen Teil des inflammatorisch relevanten Signalweges identifizieren. Infolgedessen untersuchten wir detailliert die funktionelle Rolle und Regulation von PRMT1 im Kontext der inflammatorischen Antwort. Unsere publizierten Ergebnisse haben ergeben, dass PRMT1 nicht alleine als ein klassischer Co-Regulator von inflammatorischen Genen via der Methylierung von Histonen interagiert, sondern auch Auswirkungen auf die Aktivität von NF-?B durch die Modifikation dieses Transkriptionsfaktors hat. Wir beschreiben eine zuvor unidentifizierte posttranslationale Modifikation von NF-?B, genannt asymmetrische arginin Di-Methylierung und entdeckten einen einzigartigen inihibitorischen Mechanismus, welcher TNFa/NF-?B Signalwege kontrolliert. Unsere Forschung zeigte außerdem die Phosphorylierung an mehreren Stellen sowie die Regulation von PRMT1 durch inflammatorischen und oncogenen Kinasen. Durch die Anwendung mehrerer struktureller und biochemischer Methodologien konnten wir verdeutlichen, wie die Phosporylierung von individuellen Rückständen die Methyltransferasenaktivität von PRMT1 reguliert und definierten die relevanten molekularen Mechanismen. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass die Ergebnisse zu einem besseren Verständnis der Funktionen von PRMT1 und NF-?B in der Inflammation beitragen und weiters neue mechanistische Details der Regulierung im zellulären und molekularen Kontext aufzeigen. Diese stellen eine gute potentielle theoretische Basis für die Entwicklung und darüber hinaus für spezifische pharmazeutische und diagnostische Anwendungen der Inflammation dar.