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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-523072
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.52307
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 27 May 2022 |
| Referee: | Prof. Dr. Jens Schloßmann |
| Date of exam: | 16 May 2022 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmacology and Toxicology (Prof. Schlossmann, formerly Prof. Seifert) |
| Keywords: | Anämie, cGKI, cGMP, IRAG, IRAG1, PKGI, Splenomegalie |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 615 Pharmacy |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 52307 |
Abstract (German)
Das Inositol-1,4,5-trisphosphat Rezeptor assoziierte cGMP Kinase Substrat 1 (IRAG1) ist ein Substratprotein des NO/cGMP/PKG-Signalweges und bildet zusammen mit der PKGIβ und dem IP₃R-I einen Komplex. Als Substratprotein des NO/cGMP/PKG-Signalweges wird IRAG1 von der PKGIβ phosphoryliert und reguliert so die über cGMP vermittelte IP₃-abhängige Ca²⁺-Freisetzung. Im murinen Organismus weist IRAG1 ...
Abstract (German)
Das Inositol-1,4,5-trisphosphat Rezeptor assoziierte cGMP Kinase Substrat 1 (IRAG1) ist ein Substratprotein des NO/cGMP/PKG-Signalweges und bildet zusammen mit der PKGIβ und dem IP₃R-I einen Komplex. Als Substratprotein des NO/cGMP/PKG-Signalweges wird IRAG1 von der PKGIβ phosphoryliert und reguliert so die über cGMP vermittelte IP₃-abhängige Ca²⁺-Freisetzung. Im murinen Organismus weist IRAG1 eine große Gewebedistri-bution auf und ist hauptsächlich in glattmuskelhaltigen Geweben lokalisiert, beispielsweise im Colon, dem Magen oder der Lunge. Aber auch in Thrombozyten und in geringem Umfang in der Milz ist IRAG1 zu finden. Durch die Bildung des Komplexes mit der PKGIβ korrelieren IRAG1 und PKGIβ in der Lokalisation und Intensität der Proteinexpression. Aus der fast ubiquitären Expression der PKGs ergibt sich für den NO/cGMP/PKG-Signalweg eine enorme Bedeutung. So führt eine Prgk1-Defizienz unter anderem zu gastrointestinalen Blutungen, einer Anämie und Splenomegalie.
Aufgrund der Tatsache, dass die Lokalisation und Proteinexpression von IRAG1 und PKGIβ eng miteinander korrelieren, ist im Rahmen dieser Arbeit der (patho-)physiologische Einfluss von IRAG1 auf die Entstehung einer Anämie und Splenomegalie hin untersucht worden.
In Folge der Irag1-Defizienz leiden die IRAG1-KO Mäusen an gastrointestinalen Blutungen und einer Anämie. Beide Symptome manifestieren sich erst ab einem Alter von 14 Wochen. Die nähere Charakterisierung der Anämie hat dabei ergeben, dass die Tiere sowohl an einem Eisenmangel als auch an einer Hypocobalaminämie leiden, bei einer adäquaten Regeneration des Blutes. Weiterhin entwickeln Irag1-defiziente Mäuse mit zunehmendem Alter eine Splenomegalie. Interessanterweise sind die beobachteten Symptome dabei hauptsächlich bei weiblichen IRAG1-KO Mäusen aufgetreten.
Die beobachtete Eisenmangelanämie ist die Folge der gastrointestinalen Blutungen, da es durch die Blutungen zu einer negativen Eisenbilanz kommt. Auch die Splenomegalie ist sehr wahrscheinlich auf den Eisenmangel zurückzuführen, da hypochrome Erythrozyten beschleunigt in der Milz abgebaut werden. Ursache für die Hypocobalaminämie ist dagegen die gesteigerte Erythropoese, die in den IRAG1-KO Mäusen nachgewiesen werden konnte.
In einem weiteren Teil der Arbeit ist der Einfluss der Irag1-Defizienz auf die Expression von relevanten Proteinen des cGMP/PKGI-Signalweges untersucht worden. Hierbei hat sich gezeigt, dass es durch die fehlende Proteinexpression von IRAG1 zu einer deutlich reduzierten Proteinexpression der PKGIβ kommt. Eine reduzierte mRNA-Expression von Prkg1b ist aber nicht die Ursache, so dass es sich um einen posttranslationalen Effekt handeln muss. Dagegen ist die Proteinexpression der PKGIα nicht durch die Irag1-Defizienz beeinflusst. Für den IP₃R-I ist in einigen Organen ebenfalls eine reduzierte Proteinexpression festgestellt worden. IRAG1 hat somit einen entscheidenden Einfluss auf die Stabilität seiner Interaktionspartner, mit denen es zusammen den Komplex bildet.
Zusammenfassend kommt es somit bei einer Irag1-Defizienz zu gastrointestinalen Blutungen und als deren Folge zu einer Anämie und Ausbildung einer Splenomegalie. Gleichzeitig führt die Irag1-Deletion zu einer deutlich reduzierten Proteinexpression der PKGIβ. Die Defizienz des PKGIβ/IRAG1-Signalweges ist somit verantwortlich für die Entstehung der gastrointesti-nalen Blutungen, der Anämie und Splenomegalie bei Irag1-defizienten und Prkg1-defizienten Mäusen. Zudem kann mit der globalen Irag1-defizienten Maus nicht nur die (patho-)physiologische Funktion von IRAG1 untersucht werden, sie ist auch ein hilfreicher Modellorganismus, um im Rahmen von zukünftigen Studien die (patho-)physiologische Funktion der PKGIβ auf Proteinebene, bei gleichzeitiger Expression der PKGIα, zu untersuchen.
Translation of the abstract (English)
The inositol 1,4,5-triphosphate receptor-associated cGMP kinase substrate 1 (IRAG1) is a substrate protein of the NO/cGMP/PKG signalling pathway. IRAG1 forms a ternary complex with the cGMP-dependent protein kinase Iβ (PKGIβ) and the inositol trisphosphate receptor I (IP₃R-I); and it is specifically phosphorylated by the PKGIβ and thus regulates the cGMP mediated IP₃-dependent Ca²⁺-release. In ...
Translation of the abstract (English)
The inositol 1,4,5-triphosphate receptor-associated cGMP kinase substrate 1 (IRAG1) is a substrate protein of the NO/cGMP/PKG signalling pathway. IRAG1 forms a ternary complex with the cGMP-dependent protein kinase Iβ (PKGIβ) and the inositol trisphosphate receptor I (IP₃R-I); and it is specifically phosphorylated by the PKGIβ and thus regulates the cGMP mediated IP₃-dependent Ca²⁺-release. In murine tissues, IRAG1 has a large tissue distribution and is mainly detected in tissues containing smooth muscles, e. g. in the colon, stomach and lung. In addition, IRAG1 is also found in platelets, but in lower amounts in the spleen. Due to the large tissue distribution of the PKGs, the NO/cGMP/PGK signalling pathway has an important physiological function. A lack of Prkg1 gene causes e. g. gastrointestinal disorders, anaemia and splenomegaly. Because of similarities in protein expression and tissue distribution between IRAG1 and PKGIβ, the (patho-)physiological function of IRAG1 in the development of anaemia and splenomegaly was investigated.
Irag1-deficient mice at the age of fourteen weeks developed gastrointestinal bleedings and anaemia, which is characterized by an iron deficiency and a hypocobalaminaemia. Furthermore, these mice, with increasing age, developed a splenomegaly. Surprisingly, the pathological phenotypes were primarily found in female Irag1-deficient mice.
The iron deficiency in mice lacking IRAG1 is the consequence of a negative iron balance caused by gastrointestinal bleedings. Hypochromic erythrocytes are removed faster in the spleen, so the iron deficiency may be the reason for the described splenomegaly, whereas hypocobalaminaemia is caused by an increased erythropoiesis, which was detected in Irag1-deficient mice.
Furthermore, the effect of an Irag1-deficiency for the expression of some cGMP/PKGI signalling pathway proteins was investigated. The lack of IRAG1 led to reduced protein levels of the PKGIβ, but not to a reduced mRNA expression of Prkg1b. In some tissues, similar results were found for the IP₃R-I, whereas protein expression of PKGIα was not altered in Irag1-deficient mice. These findings show, that IRAG1 is of prime importance for the stability of its interaction partners.
In summary, Irag1-deficiency caused a reduced protein expression of PKGIβ and gastrointestinal bleedings with the consequences of anaemia and splenomegaly. The loss of PKGIβ/IRAG1 signalling pathway is mainly responsible for the development of the gastroin-testinal bleedings, the anaemia and the splenomegaly in Irag1-deficient and Prkg1-deficient mice. With mice lacking IRAG1 it is possible to investigate the (patho-)physiological function of IRAG1, but also in further studies the (patho-)physiological function of the PKGIβ.
Metadata last modified: 27 May 2022 09:09
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