Spir proteins are the primodial members of the emerging group of actin nucleation factors, which initiate actin polymerization by binding monomeric actin to one or multiple Wiskott-Aldrich Syndrome protein (WASp) homology-2 domains. Spir proteins are implicated in diverse cellular processes including actin dynamics, vesicle trafficking as well as Drosophila and mammalian oogenesis. Despite the ...
Abstract (English)
Spir proteins are the primodial members of the emerging group of actin nucleation factors, which initiate actin polymerization by binding monomeric actin to one or multiple Wiskott-Aldrich Syndrome protein (WASp) homology-2 domains. Spir proteins are implicated in diverse cellular processes including actin dynamics, vesicle trafficking as well as Drosophila and mammalian oogenesis. Despite the biological roles of Spir was interpreted to an extent in the fields of protein and membrane interactions, the exact mechanisms by which the protein is regulated is still exists to be unknown. A previous study by Otto et al., (2000) disclosed Drosophila p150-Spir as a direct link between JNK (c-Jun N-terminal kinase) and actin organization, by being a downstream target of JNK function. The p150-Spir was phosphorylated by a constitutively active form of JNK, JNK-MKK7, both in vivo and in vitro. This finding came up with a new proposal for the regulatory mechanism for the Spir proteins, through the phosphorylation by Mitogen-activated protein kinases, eventhough a comprehensive phosphorylation profile was not convincingly uncovered. Phosphorylation of proteins being one of the most relevant and ubiquitous post-translational modification, it carries interest as well as importance to gain more insights into the influence phosphorylation on the biological activities of Spir. In analogy with the previous finding, the present study is directed to elucidate the phosphorylation profile of mammalian Spir proteins, which has not been addressed yet. Precise identification of phospho-residues was carried out by combining biochemical and contemporary mass spectrometry analysis. Mammals exhibit two Spir proteins, Spir-1 and Spir-2. Using nano LC-MS/MS (nano-Liquid Chromatography Tandem Mass spectrometry), the present study could localize the phosphorylated aminoacids in peptide sequences with three phospho-moieties reliably. Following the identification and characterization of phosphorylation sites, description of the biological events following the phosohorylation was depicted. Formin proteins are well known to be the prominent interaction partners of the Spir. Recently, it was identified that both mammalian Spir proteins interact with both mammalian Fmn subgroup proteins, formin-1 and formin-2 and the interaction is mediated by the KIND domain of Spir and and the Formin Spir Interaction (FSI) sequence at the very C-terminus of the Fmn proteins. (Pechlivanis et al., 2009). Concomitantly, the autoregulatory interaction mediated by the N-terminal KIND domain and the C-terminal FYVE domain was also characterized by the phopshorylation. The study will generate a unique knowledge regarding the influence of post-translational modification on the regulatory events of Spir proteins by analysing inter and intra molecular interactions with the accompaniment of protein interaction studies.
Translation of the abstract (German)
Spir Proteine sind primodiale Elemente einer neuen Gruppe von Aktin-Nukleations-Faktoren, die Aktin Polymerisation initiieren, indem sie Aktin Monomere an ein oder mehrere Wiskott- Aldrich-Syndrom Protein Homologie-2 Domänen (WASp) binden. Spir Proteine werden mit diversen zellulären Prozessen in Verbindung gebracht, einschließlich Aktin-Dynamik, Vesikel-Transport und Oogenese in Drosophila und ...
Translation of the abstract (German)
Spir Proteine sind primodiale Elemente einer neuen Gruppe von Aktin-Nukleations-Faktoren, die Aktin Polymerisation initiieren, indem sie Aktin Monomere an ein oder mehrere Wiskott- Aldrich-Syndrom Protein Homologie-2 Domänen (WASp) binden. Spir Proteine werden mit diversen zellulären Prozessen in Verbindung gebracht, einschließlich Aktin-Dynamik, Vesikel-Transport und Oogenese in Drosophila und Mammalia. Obwohl die biologische Rolle von Spir bezüglich Protein und Membran-Interaktionen zu einem gewissen Ausmaß untersucht wurde, sind die genauen Mechanismen der Protein Regulation immer noch unbekannt. Eine vorangegangene Studie von Otto et al., (2000) deckte Drosophila p-150 Spir als direkten Link zwischen JNK (c-Jun- N-terminale Kinase) und Aktin Organisation auf und identifizierte p-150 Spir als downstream target von JNK. Das p-150 Spir wurde sowohl in vivo als auch in vitro von einer konstitutiv aktiven Form von JNK, JNK-MKK7 phosphoryliert. Durch die Phosphorylierung Mitogen- aktivierter Proteinkinasen erkannte man einen neuen Ansatz für Mechanismen zur Regulation von Spir Proteinen, obgleich ein umfassendes Phosphorylierungsprofil nicht beschrieben werden konnte. Da es sich bei der Phosphorylierung von Proteinen um eine der wichtigsten und universellsten Formen der posttranslationalen Modifikation handelt, ist es sowohl von Interesse als auch von Bedeutung mehr Einblicke zu bekommen, wie Phosphorylierung von Spir die biologische Aktivität des Proteins beeinflusst. Analog zu den vorherigen Erkenntnissen hat die vorliegende Studie die Aufklärung des Phosphorylierungsprofils der Spir Proteine in der Klasse der zum ziel Mammalia. Phosphorylierungsstellen wurden mit Hilfe biochemischer und modernster massenspektrometrischer Methoden präzise identifiziert. Die Klasse der Mammalia weist zwei Spir Proteine auf, Spir- 1 und Spir-2. Die vorliegende Untersuchung konnte durch den Einsatz von LC-MS/MS (nano-Liquid Chromatography Tandem Mass spectrometry) die phosphorylierten Aminosäuren in der Peptid Sequenz mit drei Phosphorresten zuverlässig identifizieren. Nach Identifizierung und Charakterisierung der Phosphorylierungsstellen wurde eine Beschreibung der biologischen Ereignisse, welche auf einer Phosphorylierung beruhen, dargestellt. Formin Proteine sind bedeutende Interaktionspartner von Spir. Kürzlich wurde herausgefunden, dass beide Säuger-Spir- Proteine mit beiden Säuger-Fmn-Untergruppen Proteinen, formin-1 und formin-2, interagieren und dass die Interaktion über die KIND Domäne von Spir und der Formin Spir Interaction (FSI) Sequenz des C- Terminus der Fmn Proteine erfolgt. (Pechlivanis et al., 2009) Begleitend wurde die autoregulierte Interaktion, die durch die N-terminale KIND Domäne und die C-terminale FYVE Domäne vermittelt wird, durch die Phosphorylierung charakterisiert. Die Studie wird wichtige Erkenntnisse über den Einfluss posttranslationaler Modifikationen von Spir Proteinen generieren, indem inter-und intramolekulare Interaktionen zusammen mit Protein Interaktionsstudien durchgeführt werden.
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