Die membranproximale Domäne von ADAM17 - Ein Schlüssel zur Regulation der Proteaseaktivität

Düsterhöft, Stefan

Ektodomänen-Shedding stellt eine irreversible, posttranslationale Modifikation dar, die unter anderem zur Freisetzung von biologisch aktiven Ektodomänen führt. A Disintegrin And Metalloprotease 17 (ADAM17) ist mit über 80 Substraten eine, für physiologische Prozesse wie Entzündungsreaktionen oder Regenerationsprozesse, wichtige Sheddase. Trotz der bedeutenden Rolle von ADAM17 ist bis heute nur wenig über die Regulation ihrer Shedding-Aktivität bekannt. In früheren Studien wurde gezeigt, dass extrazelluäre Proteindisulfidisomerasen (PDIs) mit ADAM17 interagieren und eine strukturelle Änderung innerhalb der Ektodomäne von ADAM17 herbeiführen. Dies hat eine Inaktivierung von ADAM17 zur Folge. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die PDIs mit der membranproximalen Domäne von ADAM17 (MPD17) interagieren und diese durch die Isomerisierung zweier Disulfidbrücken von einer offenen in eine geschlossene Form überführen. Dabei liegt im aktiven ADAM17 die offene, flexible MPD17 vor, während im inaktiven Zustand die MPD17 die geschlossene Form einnimmt. Der Wechsel von der offenen zu der geschlossenen Form reguliert CANDIS (Conserved ADAM-SeventeeN Dynamic Interaction Sequence), ein hochkonservierter Bereich innerhalb der Stalk-Region von ADAM17, der in der Lage ist die beiden Substrate IL-6R und IL-1RII zu binden. Nur wenn die MPD17 in der offenen Form vorliegt, werden diese Substrate von CANDIS gebunden. Die geschlossene MPD17 verhindert hingegen den Zugang der Substrate zu CANDIS. Neue Daten zeigen, dass das ADAM17-vermittelte Shedding-Ereignis durch eine transiente Phosphatidylserin-Translokation ausgelöst wird. In dieser Arbeit wurde in diesem Zusammenhang geklärt, dass nur die offene MPD17, und nicht die geschlossene Form, spezifisch Ortho-Phospho-L-Serin (OPLS) bindet. Daraus lässt sich schließen, dass das Shedding-Ereignis in Zusammenhang mit einer Bindung der offenen MPD17 an die Phosphatidylserinpräsentierende Zellmembran steht. Diese Bindung ist in der geschlossenen, inaktiven Form nicht möglich. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die fundamentale Bedeutung der MPD17 und CANDIS für die Shedding-Aktivität von ADAM17 und ermöglichen so ein tieferes Verständnis der ADAM17-Regulation.

Ectodomain shedding is an irreversible posttranslational modification which leads to the release of biologically active ectodomains of transmembrane proteins. A disintegrin and metalloprotease 17 (ADAM17) is an important sheddase which can cleave more than 80 different substrates and is therefore involved in various physiological and pathophysiological processes, including inflammation and regeneration. Despite the importance of ADAM17, the regulation of the shedding activity is scarcely understood. It is known from previous studies that extracellular protein disulphide isomerases (PDIs) interact with ADAM17 which results in a structural change in the ectodomain of the protease. This interaction leads to the inactivation of ADAM17. In this study, it was shown that the PDIs interact with the membrane-proximal domain of ADAM17 (MPD17) and that this domain can be converted from an open conformation into a closed one through isomerisation of disulphide-bonds. Thereby, the open and more flexible form relates to the active ADAM17 while the MPD17 shows the closed and rather rigid conformation in the inactive protease. The shift from the open to the closed conformation regulates CANDIS (Conserved ADAM Seventeen Dynamic Interaction Sequence), a highly conserved sequence within the stalk region of ADAM17 which is able to bind the two substrates IL-6R and IL-1RII. This interaction can only occur when the MPD17 is in the open conformation while the closed form prevents the interaction between CANDIS and the substrates. Recent results show that ADAM17 mediated shedding can be triggered by transient exposure of phosphatidylserine (PS). Along that line, it was shown in this study that solely the active form of MPD17, but not the closed one, can bind to OPLS (ortho-phospho-l-serine). This leads to the conclusion that an ADAM17 mediated shedding event includes the binding of the open conformation of the MPD17 to the PS-presenting plasma membrane. This binding does not occur when MPD17 is in the closed conformation. In conclusion, this study shows the fundamental relevance of the MPD17 and CANDIS for the shedding activity and allows a deeper understanding of the regulation of ADAM17.

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Düsterhöft, Stefan: Die membranproximale Domäne von ADAM17 - Ein Schlüssel zur Regulation der Proteaseaktivität.

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