Epigenetic and posttranslational regulation of the disintegrin and metalloproteases ADAM17 and ADAMTS-16

Kordowski, Felix

ADAM17 is the best characterized member of the (A) Disintegrin And Metalloproteases (ADAM) protease family. However, how the ADAM17-mediated substrate release is regulated is not understood so far. Recently, we found evidence that phosphatidylserine (PS)-exposure might be the distinctive step in the stimulated ADAM17-mediated shedding. While PS is normally located in the inner membrane leaflet, it is transiently exposed upon stimulation with diverse stimuli. A PS-binding motif in the membrane-proximal domain of ADAM17 has been identified that binds to the exposed PS, enabling substrate shedding. Interestingly, another potential extracellular membrane interaction motif has been described and named Conserved ADAM seventeeN Dynamic Interaction Sequence (CANDIS). This sequence resembles an amphipathic alpha helix which has been shown to bind to lipid bilayers. This lipid binding property suggests a second putative membrane interaction between ADAM17 and the plasma membrane. One aim of this thesis was to evaluate whether the lipid binding ability of the CANDIS region contributes to the ADAM17 shedding activity. Strikingly, mutations in the hydrophobic site, that destroyed the hydrophobic face of the helix, completely abolished ADAM17-mediated shedding of transforming growth factor alpha (TGF-α). By contrast, mutations in the hydrophilic site of CANDIS had no impact on TGF-α shedding. The abolishment of TGF-α shedding correlated with the loss of the lipid binding ability. Therefore, the hydrophobic site of the CANDIS region is essential for ADAM17-mediated shedding and may modulate the shedding mechanism by interacting with the plasma membrane.

ADAM17 ist das am besten charakterisierte Mitglied der Disintegrin und Metalloproteasen (ADAM) Proteasefamilie. Wie die ADAM17-vermittelte Substratfreisetzung reguliert wird, ist bisher kaum verstanden. Vor Kurzem haben wir Hinweise gefunden, dass Phosphatidylserin (PS)-Exposition der entscheidende Schritt in der Aktivierung der stimulierten ADAM17-vermittelten Substratfreisetzung sein könnte. PS ist normalerweise in der inneren Lipiddoppelschicht der Membran lokalisiert, wird aber durch verschiedene Stimuli transient nach außen exponiert. Ein potenzielles PS-Bindungsmotiv in der membranproximalen Domäne von ADAM17 wurde identifiziert, welches das extrazellulär exponierte PS bindet und dadurch Substrat-Shedding ermöglicht. Interessanterweise wurde ein weiteres potenzielles, extrazelluläres Membraninteraktionsmotiv beschrieben. Es wurde gezeigt, dass diese Sequenz eine amphipathische Alpha-Helix Struktur besitzt und Lipiddoppelschichten binden kann. Diese Lipidbindungseigenschaft weist darauf hin, dass möglicherweise eine zweite Membraninteraktion zwischen ADAM17 und der Plasmamembran von entscheidender Bedeutung für das ADAM17-vermittelte Shedding sein könnte. Ein Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob die Lipidbindungsfähigkeit der CANDIS Region zum ADAM17-vermittelten Substrat-Shedding beiträgt. Interessanterweise führten Mutationen in der hydrophoben Seite der amphipathischen Helix zum vollständigen Erliegen des ADAM17-vermittelten Transformierender Wachstumsfaktor Alpha (TGF-α) Sheddings. Mutationen in der hydrophilen Seite hingegen hatten keine Auswirkungen auf das TGF-α Shedding. Der Verlust der Fähigkeit von ADAM17 TGF-α zu prozessieren, korrelierte dabei mit dem Verlust der Fähigkeit von CANDIS, Lipide zu binden. Die hydrophobe Seite der CANDIS Region ist daher wichtig für das ADAM17-vermittelte Shedding und könnte den Sheddingmechanismus durch eine Interaktion mit der Plasmamembran modulieren.

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Kordowski, Felix: Epigenetic and posttranslational regulation of the disintegrin and metalloproteases ADAM17 and ADAMTS-16.

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