Germ line mutations in the human lkb1 gene are the main cause of the Peutz-Jeghers syndrome (Hemminki, 1999) and somatic lkb1 mutations are associated with mainly epithelial cancers (Sanchez-Cespedes, 2007). The serine/threonine kinase LKB1 (STK11) is involved in different cellular processes like cell proliferation, energy homeostasis and cell polarity (Martin-Belmonte and Perez-Moreno, 2012). ...
Abstract (English)
Germ line mutations in the human lkb1 gene are the main cause of the Peutz-Jeghers syndrome (Hemminki, 1999) and somatic lkb1 mutations are associated with mainly epithelial cancers (Sanchez-Cespedes, 2007). The serine/threonine kinase LKB1 (STK11) is involved in different cellular processes like cell proliferation, energy homeostasis and cell polarity (Martin-Belmonte and Perez-Moreno, 2012). Especially the observation that activation of mammalian LKB1 can polarize cells in absence of cell-cell contacts (Baas et al., 2004) has drawn attention to the role of LKB1 in cell polarity. Using Drosophila melanogaster and other model organisms various potential downstream targets have been identified, while little is known about its upstream regulation and the mechanisms by which LKB1 controls cell polarity. It has been suggested that LKB1 might be mostly constitutively active and that its involvement in specific responses depends on localization of it to specific subcellular compartments (Sebbagh et al., 2011). In order to study the role of LKB1 in cell polarity an antibody against LKB1 has been raised for this work that could detect LKB1 in different tissue of Drosophila. Remarkably, endogenous LKB1 localizes cortically in asymmetrically dividing embryonic neuroblasts but cytoplasmic in larval neuroblasts. LKB1 has been described to control asymmetric divisions in both of these cell types. How it can exert its functions with different localizations remains to be answered. Furthermore, endogenous LKB1 localizes to the basolateral cortex in embryonic epithelial cells. I observed that a farnesylation deficiency does not alter the localization of LKB1 remarkably in epithelial cells and did not affect its activity towards its downstream target AMPK (AMP-activated protein kinase). A polybasic motif was identified in this work, which interacts with phospholipids found in the plasma membrane and potentially with the newly identified interaction partners α-Spectrin and β-Spectrin. Furthermore, three nuclear localization signals (NLS) of Drosophila LKB1 were identified. A construct carrying mutations in all three NLS had a reduced ability to rescue an lkb1-KO mutant and revealed a lower basal activity towards its substrate AMPK in embryonic lysates. Moreover, the mutation of the three NLS decreased the phenotype of LKB1 overexpression in the negative regulation of organ size compared to its wild type counterpart.
Translation of the abstract (German)
Keimbahnmutationen des humanen lkb1 Gens sind die Hauptursache des Peutz-Jeghers-Syndroms (Hemminki, 1999) und somatische lkb1 Mutationen sind vor allem mit epithelialem Krebs assoziiert (Sanchez-Cespedes, 2007). Die Serin-/Threonin-Kinase LKB1 (STK11) ist in verschiedenen Zellprozessen beteiligt, wie Zellproliferation, Energiehomöostase und Zellpolarität (Martin-Belmonte and Perez-Moreno, 2012). ...
Translation of the abstract (German)
Keimbahnmutationen des humanen lkb1 Gens sind die Hauptursache des Peutz-Jeghers-Syndroms (Hemminki, 1999) und somatische lkb1 Mutationen sind vor allem mit epithelialem Krebs assoziiert (Sanchez-Cespedes, 2007). Die Serin-/Threonin-Kinase LKB1 (STK11) ist in verschiedenen Zellprozessen beteiligt, wie Zellproliferation, Energiehomöostase und Zellpolarität (Martin-Belmonte and Perez-Moreno, 2012). Besonders die Beobachtung, dass die Aktivierung von Säuger-LKB1 Zellen in Abwesenheit von Zell-Zell-Kontakten polarisieren kann (Baas et al., 2004) hat die Aufmerksamkeit auf die Rolle von LKB1 in der Zellpolarität gelenkt. Unter Verwendung von Drosophila melanogaster und anderer Modellorganismen wurden verschiedene potenzielle Zielproteine identifiziert, während bisher wenig über die Regulation der Aktivität von LKB1 und die Mechanismen, mit denen es die Zellpolarität reguliert, bekannt ist. Es wurde vermutet, dass LKB1 hauptsächlich konstitutiv aktiv ist und dass seine Beteiligung an spezifischen Antworten abhängig von seiner Lokalisierung zu bestimmten Zellkompartimenten ist (Sebbagh et al., 2011). Um die Rolle von LKB1 in der Zellpolarität zu untersuchen wurde für diese Arbeit ein Antikörper generiert, der LKB1 in verschiedenen Geweben von Drosophila nachweisen konnte. Bemerkenswerterweise lokalisiert endogenes LKB1 im Zellcortex in sich asymmetrisch teilenden embryonalen Neuroblasten aber zytoplasmatisch in larvalen Neuroblasten. In diesen beiden Zelltypen wurde beschrieben, dass LKB1 die asymetrische Zellteilung kontrolliert. Wie es seine Funktion dabei ausüben kann, obwohl es unterschiedlich lokalisiert, bleibt zu beantworten. Außerdem lokalisiert LKB1 an den basolateralen Cortex in embryonalen Epithelzellen. Ich habe beobachtet, dass eine farnesylierungsdefiziente LKB1 Mutante in epithelialen Zellen ähnlich lokalisiert und dass seine Aktivität gegenüber seinem Zielprotein AMPK (AMP-aktivierte Proteinkinase) nicht beeinträchtigt ist. In dieser Arbeit wurde ein polybasisches Motiv identifiziert das mit Phospholipiden interagiert, die in der Plasmamembran zu finden sind, und eventuell auch mit den neu gefundenen Interaktionspartnern α-Spectrin und β-Spectrin. Außerdem wurden drei Kernlokalisierungssignale des Drosophila-LKB1 identifiziert. Ein Konstrukt, in dem alle drei Kernlokalisierungssignale mutiert sind zeigte einen reduzierte Fähigkeit lkb1-Knockout mutante Drosophila zu retten und zeigte eine geringere basale Aktivität gegenüber seinem Substrat AMPK in embryonalen Lysaten. Darüber hinaus verringerte die Mutation der drei NLS den Phenotyp der LKB1-Überexpression in der negativen Regulation der Organgröße im Vergleich zu seinem Wildtyp Gegenstück.
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