Identifikation, Klonierung und funktionelle Charakterisierung neuer Isoformen der humanen Importin Alpha Proteinfamilie

• Main Author: Köhler, Matthias
• Other Authors: Lang, Florian
• Format: Doctoral Thesis
• Language: German
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité 2003
• Subjects: Importin alpha; nukleozytoplasmatischer Proteinimport; Zellproliferation; RNA-Interferenz; importin alpha; nucleocytoplasmic protein import; cellular proliferation; RNA-interference; 610 Medizin; 33 Medizin; ddc:610
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/14549; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10024875; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10024862; http://dx.doi.org/10.18452/13897

Der "klassische" Importweg von Proteinen wie Transkriptionsfaktoren, Kernrezeptoren oder viralen Proteinen in den Zellkern erfolgt in Abhängigkeit der Importine alpha und beta. Während nur ein Importin beta existiert, waren zu Beginn der Arbeiten zwei humane alpha-Importine bekannt. In der vorliegenden Arbeit wird die Identifikation, Klonierung und funktionelle Charakterisierung von vier neuen humanen alpha-Importinen beschrieben. Anhand ihrer Primärstruktur wurden die sechs alpha-Importine in drei Subfamilien unterteilt. Um die Hypothese zu testen, dass die verschiedenen Importin alpha Isoformen spezifische Funktionen ausüben und sich nicht vollständig gegenseitig ersetzen können, wurde zunächst ihre Expression auf RNA- und Proteinebene analysiert. Hier ließen sich differentielle Expressionsmuster in verschiedenen humanen Zellen und Geweben nachweisen. In vitro Analysen mit rekombinant exprimierten und aufgereinigten Proteinen deuteten daraufhin, dass die neu identifizierten Isoformen tatsächliche Importfunktion besitzen, dass sich jedoch die verschiedenen alpha-Importine in ihren Substratspezifitäten unterscheiden. Verschiedene neue Substrate der alpha-Importine wurden identifiziert und deren Importwege im Detail analysiert. Unterschiede in der Regulation der Expression der alpha-Importine in Abhängigkeit von Zellproliferation, Zelldifferenzierung bzw. in unterschiedlichen Diabetesmodellen der Ratte deuteten ebenfalls auf spezifische Funktionen der verschiedenen Isoformen hin. Die spezifische Inhibition der Importin alpha Expression in kultivierten HeLa-Zellen mittels RNA-Interferenz führte bei den meisten Isoformen zu einer ausgeprägten Inhibition der Zellproliferation, wodurch erstmals der Nachweis essentieller Funktionen verschiedener alpha-Importine in lebenden humanen Zellen erbracht wurde. In weiterführenden Experimenten sollen die Ursachen für die Inhibition der Zellproliferation bei Importin alpha-Mangel geklärt und die Bedeutung der unterschiedlichen alpha-Importine in vivo weiter analysiert werden. === The "classical" import of proteins like transcription factors, nuclear receptors or viral proteins into the nucleus depends on importins alpha and beta. While only one importin beta is known, two human alpha-importins had been described. In this study the identification, cloning and functional characterisation of four novel human alpha-importins is reported. Based on their primary structures the human alpha-importins can be grouped into three distinct subfamilies. To test the hypothesis that the various alpha-Importins differ in their specific functions and cannot substitute for each other first their expression at the RNA- and protein levels were analyzed. Differential expression patterns in various human cells and tissues could be demonstrated. In vitro analyses using recombinantly expressed and purified proteins indicated, that the newly identified isoforms posses import functions in deed. However, there was evidence for differences in their substrate specific import efficacies. New substrates of the alpha-importins were identified and their import pathways analyzed in detail. Differences in the expression regulation of the alpha-importins depending on cellular proliferation and differentiation as well as in different rat models of diabetes further pointed towards specific functions of the various alpha-importins. Specific expression inhibition of several isoforms of the importin alpha protein family in cultured HeLa-cells using RNA-interference technology caused a strong inhibition of cellular proliferation. This is the first proof for essential functions of different alpha-importins in living human cells. Future experiments shall identify the mechanisms involved in the cellular proliferation inhibition due to importin a deficiency and further analyze the role of the different alpha-importins in vivo.