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Functional analysis of the cytoplasmic domain of complement receptor type II (CR2/CD21)

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2006

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Hoefer, Melanie Merja

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Funktionelle Analyse der zytoplasmatischen Domäne des Komplement Rezeptors Typ II (CR2/CD21)
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

The complement receptor type 2 (CR2/CD21) is functionally regulated by a proteolytic cleavage event termed ectodomain shedding which results in the release of the extracellular domain as functional active, soluble protein. Deletion of the extracellular membrane-adjacent short consensus repeat 16 (SCR16) abolished shedding.
The aim of this work was to investigate the role of the cytoplasmic domain in CD21-shedding. Shedding was induced either by the thiol antioxidants glutathione and N-acetylcysteine or by activation of the cells through the phosphotyrosine-specific phosphatase inhibitor pervanadate. A negative regulatory role for the CD21 cytoplasmic domain could be established, as murine B-cells expressing CD21 mutants lacking this domain revealed higher basal and induced shedding rates. Interestingly, CD21 cell surface expression was up-regulated upon stimulation with low (20 uM) pervanadate concentrations, while higher (200 uM) concentrations lead to CD21-shedding. This prompted us to suggest CD21-shedding as mechanism to fine-tune B-cell activation.
It was of further interest, whether CD21 would undergo regulated intramembrane proteolysis (RIP), a process often taking place after initial ectodomain shedding. In fact, in human B-lymphocytes and several B-cell lines, two constitutively present, membrane-tethered carboxy-terminal fragments were identified, p8CD21-CTF and p16CD21-CTF. Human T-lymphocytes, suspected not to shed CD21, featured neither CTF, although the full length protein could be detected. In murine splenocytes, only the smaller p8CD21-CTF was seen. In the SCR16-lacking mutant the p8CD21-CTF was still present, suggesting that CD21 could be cleaved within the membrane, independent of ectodomain shedding. In B-cells, the p8CD21-CTF was degraded by the proteasomal pathway, independent of additional shedding induction by thiol antioxidants. Moreover, when CD21 was overexpressed in HEK293 epithelial cells, the two CD21-CTFs were degraded both by the proteasomal and the lysosomal pathways.
To identify potential intracellular binding partners, the CD21 cytoplasmic domain was used in a Yeast Two-Hybrid screening. One candidate, the proteasome maturation protein POMP, was further investigated. Although the interaction with CD21 only occurred in yeast and could not be confirmed in mammalian cells, the protein revealed interesting physicochemical properties and a peculiar behavior towards standard staining techniques. Localization studies revealed that the protein is expressed in the cytosol as well as in the nucleus. Comparison of POMP-expression levels in transformed and non-transformed cells showed that malignancy often led to enhanced POMP-expression. Finally, POMP could possibly form tetramers to perform its chaperoning function in 20S proteasome assembly.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Der Komplement Rezeptor 2 (CR2/CD21) wird durch proteolytische Spaltung funktionell reguliert; dieser Vorgang wird als Ektodomänen Shedding bezeichnet und die extrazelluläre Domäne wird als funktionell aktives, lösliches Protein freigesetzt. Durch das experimentelle Entfernen der extrazellulären, membran-nahen Domäne SCR16 (short consensus repeat 16) konnte das Shedding von CD21 unterbunden werden.
In vorliegender Arbeit sollte nun der Einfluss der zytoplasmatischen Domäne auf das CD21-Shedding-Verhalten untersucht werden. Shedding konnte entweder durch die Thiolantioxidantien Glutathion und N-Acetylcystein, oder durch Zell-Aktivierung mittels Pervanadat (ein Tyrosin-spezifischer Phosphatasehemmer), induziert werden. Da Maus B-Zellen, die eine CD21-Mutante ohne zytoplasmatischer Domäne exprimierten, höhere basale und induzierte Shedding-Raten aufwiesen, konnte eine negativ-regulatorische Rolle für diese Domäne bei CD21-Shedding festgestellt werden. Stimulation mit niedrigen (20 uM) bzw. höheren (200 uM) Pervanadat-Konzentrationen führte zu erhöhter CD21 Oberflächen-Expression, bzw. zu CD21-Shedding. Deshalb kann CD21-Shedding als Mechanismus zur Fein-Regulation der B-Zell-Aktivierung vorgeschlagen werden.
Eine weitere Frage war, ob CD21 kontrolliert in der Membran geschnitten würde. RIP (regulated intramembrane proteolysis) findet häufig im Anschluss an Ektodomänen Shedding statt. Tatsächlich konnten in humanen B-Lymphozyten und zahlreichen B-Zell-Linien zwei konstitutiv auftretende, membran-assozierte Carboxy-terminale Fragmente (CTF) nachgewiesen werden (p8CD21-CTF und p16CD21-CTF). In humanen T-Lymphozyten, die vermutlich CD21 nicht shedden, konnte keines der beiden Fragmente nachgewiesen werden, obwohl das vollständige CD21 Protein sichtbar war. Interessanterweise konnte in Maus Milzzellen lediglich das kleinere Fragment nachgewiesen werden. Da p8CD21-CTF selbst in der SCR16-defizienten, Shedding-unfähigen Mutante gefunden wurde, könnte CD21 möglicherweise in einem Shedding-unabhängigen Prozess innerhalb der Membran geschnitten werden.
In B-Zellen wurde p8CD21-CTF durch den proteasomalen Weg abgebaut, unabhängig von zusätzlichem Thiolantioxidanzien-induzierten Shedding. Erstaunlicherweise führte jedoch die Überexpression von CD21 in epithelialen HEK293 Zellen dazu, dass beide CD21-CTFs sowohl durch den lysosomalen als auch durch den proteasomalen Weg abgebaut wurden.
Um intrazelluläre Bindungspartner zu identifizieren, wurde die zytoplasmatische Domäne von CD21 in einem Yeast Two-Hybrid Screening eingesetzt. Ein Kandidat, das proteasomale Reifungsprotein POMP (proteasome maturation protein), wurde identifiziert und intensiver untersucht. Obwohl die Interaktion mit CD21 nur in Hefe, nicht jedoch in Säugerzellen nachgewiesen werden konnte, wies POMP interessante physikochemische Eigenschaften auf und verfügte über spezifische Färbeeigenschaften, wodurch sich das Protein nur sehr schlecht mit Standard Färbemethoden detektieren liess. Lokalisierungsstudien zeigten, dass das Protein sowohl im Zytosol als auch im Nukleus nachweisbar war. Ein Vergleich der POMP-Expression in transformierten und nicht-transformierten Zellen zeigte, dass die maligne Veränderung der Zellen oftmals mit erhöhter POMP-Expression einhergeht. Ausserdem konnte gezeigt werden, dass POMP möglicherweise Tetramere bildet, um seine Chaperon-Funktion beim Zusammenbau der 20S Proteasomen auszuüben.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie

Schlagwörter

B-Zell Aktivierung, Carboxy-terminale Fragmente, CR2/CD21, Proteasomen Reifung, Shedding, B-cell activation, carboxy-terminal fragments, CR2/CD21, proteasome maturation, shedding

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ISO 690HOEFER, Melanie Merja, 2006. Functional analysis of the cytoplasmic domain of complement receptor type II (CR2/CD21) [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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March 22, 2006
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