Regulation of proteasome activity the role of insulin/IGF-1 signaling

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8847-6
Title: Regulation of proteasome activity the role of insulin/IGF-1 signaling
Author: Matilainen, Olli
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine
Research Programs Unit, Translational Cancer Biology
Date: 2013-05-30
Language: en
Belongs to series: Helsinki University Biomedical Dissertations - URN:ISSN:1457-8433
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8847-6
http://hdl.handle.net/10138/39065
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The ubiquitin-proteasome system (UPS) is the major pathway for controlled protein degradation in the cell. Substrates destined for degradation are polyubiquitinated by ubiquitin ligating enzymes and degraded by the proteasome, which is a complex multisubunit enzyme of over 2.5 MDa. Due to its essential role in maintenance of the cellular protein homeostasis, dysfunctions in proteasome activity have been linked to many severe disorders, such as Alzheimer s, Parkinson s and Huntington s disease and some cancers. Although the proteasome takes part in almost all cellular processes, it is still unclear which factors contribute to regulation of proteasome function. The aim of this thesis was to elucidate mechanisms of how proteasome activity is regulated in a multicellular organism. To enable monitoring and quantification of proteasome activity in vivo, a photoconvertible reporter system was developed to live image proteasome activity in C. elegans. By using this system, it was uncovered that proteasome activity varies between different tissues, as GABAergic and dopaminergic neurons showed faster reporter degradation than muscle cells, and that aging affects proteasome activity in a tissue-dependent manner. Subsequently, it was investigated whether signaling pathways regulating aging also affect proteasome activity. Insulin/IGF-1 signaling (IIS) is an evolutionarily conserved signaling pathway regulating lifespan in worms, flies, rodents and possibly humans. By using C. elegans as a model organism, this thesis shows that IIS regulates proteasome activity through the FOXO/DAF-16 and Nrf/SKN-1 transcription factors. Moreover, it was demonstrated that DAF-16, which is activated by reduced IIS, inhibits the expression of the proteasome-associated deubiquitinating enzyme UBH-4, which was shown to function as a tissue-specific proteasome inhibitor. The role of UBH-4 appears to be well-conserved, as downregulation of its mammalian ortholog, UCHL-5, increases proteasome activity and degradation of proteotoxic proteins in mammalian cells. Taken together, this thesis provides tools to study proteasome activity in vivo, and establishes a molecular mechanism linking IIS to efficiency of proteasomal degradation. These results can be utilized when designing new therapies for proteasome-associated diseases, especially for disorders that may be alleviated with tissue-specific modulation of proteasome activity.Ubikitiini-proteasomi järjestelmä (UPJ) vastaa solun hallitusta proteiininhajotuksesta. UPJ:ssä hajotettava proteiini merkataan ubikitiinimolekyyleillä, jonka jälkeen se hajotetaan proteasomin toimesta. Proteasomi on suuri, molekyylipainoltaan yli 2,5 MDa oleva proteiinikompleksi, jolla on erittäin tärkeä rooli solun proteomin ylläpitäjänä. Tämän vuoksi sen toimintahäiriöiden on epäilty olevan osittain syynä useisiin vakaviin sairauksien, kuten Alzheimerin-, Parkinsonin- ja Huntingtonin tautiin, sekä joihinkin syöpiin. Vaikka proteasomin tiedetään olevan solulle välttämätön, sen toiminnan säätelystä tiedetään suhteellisen vähän. Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena oli selvittää kuinka proteasomin aktiivisuutta säädellään monisoluisessa eläimessä. Projektin ensimmäinen vaihe oli kehittää fluoresenssimikroskopiaan perustuva menetelmä, jolla proteasomin aktiivisuutta voidaan mitata elävässä C. elegans sukkulamadossa. Tämän menetelmän avulla havaittiin proteasomin aktiivisuuden vaihtelevan kudoksesta riippuen: GABAergisissä- ja dopaminergisissä hermosoluissa proteasomin toiminta oli lihassoluja tehokkaampaa. Hieman yllättäen havaittiin myös kuinka ikääntyminen, jonka yleisesti uskotaan hidastavan proteasomin toimintaa, ei vaikuta proteasomin aktiivisuuteen samalla tavalla kaikissa kudoksissa. Ikääntymisen ja proteasomin välisen vuorovaikutuksen selvittämistä jatkettiin tutkimalla ikääntymiseen liittyvien signaalivälitysreittien ja proteasomin välistä yhteyttä. Insuliini/IGF-1 signalointi (IIS) on konservoitunut signaalinvälitysreitti, joka vaikuttaa ikääntymiseen monissa eri organismeissa, mahdollisesti myös ihmisessä. Käyttäen C. elegans malliorganismia, IIS:n havaittiin säätelevän proteasomin aktiivisuutta FOXO/DAF-16 ja Nrf/SKN-1 transkriptiotekiöjöiden kautta. Tämän lisäksi, DAF-16:sta osoitettiin estävän proteasomin yhteydessä toimivan UBH-4 deubikitinoivan entsyymin ilmentymistä, jonka puolestaan todettiin toimivan kudoskohtaisesti proteasomin toiminnan estäjänä. Ihmisen UCHL5:llä, joka on ortologinen UBH-4:lle, havaittiin myös olevan kyky estää proteasomin toimintaa, sillä sen ilmentymisen estämisen havaittiin lisäävän proteasomin aktiivisuutta ja edesauttavan soluille haitallisten proteiinien hajotusta. Tämä väitöstutkimus on luonut uusia menetelmiä proteasomitutkimusta varten. Lisäksi tämä tutkimus osoittaa kuinka IIS säätelee proteasomin aktiivisuutta. Näitä tuloksia voidaan hyödyntää kehitettäessä uusia hoitomuotoja sairauksiin, joissa proteasomin toiminnan on todettu olevan heikentynyt.
Subject: biolääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record