Dokument: Die Rolle des Sirtuins SIRT4 in der Zellzyklusprogression und mitotischen Zellteilung
| Titel: | Die Rolle des Sirtuins SIRT4 in der Zellzyklusprogression und mitotischen Zellteilung | |||||||
| Weiterer Titel: | The role of the sirtuin SIRT4 in cell cycle progression and mitotic cell division | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=60297 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220811-110032-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. Bergmann, Laura [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Ahmadian, Reza [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Lutz Schmitt [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Der stress-induzierbare und seneszenz-assoziierte Tumorsuppressor Sirtuin 4 (SIRT4) reguliert die mitochondriale Bioenergetik und den Metabolismus über Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+)-abhängige enzymatische Aktivitäten.
Nach SIRT4 Überexpression wurde eine Zunahme der mitochondrialen Fusion beobachtet, die mit einer Reduktion des mitochondrialen Membranpotentials und einer Erhöhung von mitochondrialen reactive oxygen species (ROS) einhergeht. Diese Effekte wirken einer geregelten Mitophagie entgegen und stehen im Zusammenhang mit einer verminderten mitochondrialen Qualitätskontrolle. Tatsächlich konnte ein verschobenes Gleichgewicht zur langen L-Form der GTPase Optic Atrophy 1 (L-OPA1) relativ zu der short Form (S-OPA1) bei SIRT4-eGFP Überexpression gemessen werden, was eine L-OPA1 abhängige Erhöhung der mitochondrialen Fusion bewirkt. Zusätzlich wurde nach einer SIRT4 Überexpression ein reduzierter O2-Verbrauch gemessen, der auf eine SIRT4-vermittelte Inhibition der Atmungskette schließen lässt. Neben der mitochondriellen Rolle von SIRT4 wurde endogenes sowie ektopisch exprimiertes SIRT4 über subzelluläre Fraktionierung und Mikroskopie-Aufnahmen extramitochondrial im Zytoplasma nachgewiesen. Des Weiteren zeigen Aufnahmen mittels konfokale Spinning-Disk-Mikroskopie, dass SIRT4 während des Zellzyklus dynamisch an Zentrosomen mit einem Intensitätsmaximum in den frühen mitotischen Stadien lokalisiert. Darüber hinaus bindet SIRT4 an Mikrotubuli und interagiert mit strukturellen (α-Tubulin, γ-Tubulin, TUBGCP2 und TUBGCP3) und regulatorischen Mikrotubulikomponenten (HDAC6), die durch massenspektrometrische Analyse des mitotischen SIRT4-Interaktoms und Co-Immunopräzipitation identifiziert und verifiziert wurden. Die Überexpression von SIRT4-eGFP führte zu einer deutlichen Abnahme des acetylierten α-Tubulins (Lysin 40 [K40]) spezifisch in mitotischen (G2/M arretierten) HEK293-Zellen und damit wahrscheinlich zu einer veränderten Mikrotubuli-Dynamik während der Zellteilung. Auch konnte eine Verzögerung in der mitotischen Progression und eine reduzierte Zellproliferation bei SIRT4-Überexpression festgestellt werden. Daher ist zu vermuten, dass SIRT4 zusätzlich zu seiner bekannten Rolle im mitochondrialen Metabolismus auch als neues Zentrosomen- und Mikrotubuli-assoziiertes Protein fungiert, das an der Regulation der mitotischen Zellzyklusprogression beteiligt ist. Somit könnte stress-induziertes SIRT4 seine Rolle als Tumorsuppressor sowohl durch mitochondriale als auch mitochondrien-unabhängige, auf den mitotischen Spindelapparat lokalisierte, Funktionen ausüben. In dieser Arbeit wird die Rolle von SIRT4 als mögliches Bindeglied zwischen Mitochondrienfunktion und Mitoseprogression diskutiert. Dabei sollte die subzelluläre Lokalisierung und Regulation von SIRT4 in Abhängigkeit von der Zellzyklusprogression betrachtet werden, um so auch die Relevanz von SIRT4 in seiner potenziellen dualen Form als Tumorsuppressor oder Onkogen zu verstehen.The stress-inducible and senescence-associated tumor suppressor Sirtuin 4 (SIRT4) regulates mitochondrial bioenergetics and metabolism via NAD+-dependent enzymatic activities. Following SIRT4 overexpression an increase in overall mitochondrial fusion and mitochondrial networks was observed, accompanied by a reduction in mitochondrial membrane potential and an increase in mitochondrial reactive oxygen species (ROS). These effects counteract regulated mitophagy and are associated with reduced mitochondrial quality control. Indeed, a shifted equilibrium to the long L form of the GTPase Optic Atrophy 1 (L-OPA1) relative to the short form (S)-OPA1 was measured upon SIRT4-eGFP overexpression, causing an L-OPA1-dependent increase in mitochondrial fusion and explaining an increased fused network. In addition, reduced O2 consumption was measured after SIRT4 overexpression, suggesting SIRT4-mediated inhibition of the respiratory chain. In addition to the mitochondrial role of SIRT4, endogenous as well as ectopically expressed SIRT4, but not SIRT3, could be detected extramitochondrially in the cytoplasm via subcellular fractionation and microscopy images. Furthermore, confocal spinning disk microscopy images show that SIRT4 dynamically localizes to centrosomes during the cell cycle with a maximum intensity at the early mitotic stages. Moreover, SIRT4 binds to microtubules and interacts with structural (α-Tubulin, γ-Tubulin, TUBGCP2 and TUBGCP3) and regulatory microtubule components (HDAC6), which were detected and verified by coimmunoprecipitation and mass spectrometric analysis of the mitotic SIRT4 interactome. Overexpression of SIRT4-eGFP resulted in a significant decrease in acetylated α-Tubulin (lysine 40 [K40]), specifically in mitotic (G2/M arrested) HEK293 cells, likely resulting in altered microtubule dynamics during cell division. SIRT4 or the mutant SIRT4(Δ28N), which does not translocate into mitochondria, delayed mitotic progression and reduced cell proliferation. Therefore, in addition to its known role in mitochondrial metabolism, SIRT4 may function as a novel centrosome- and microtubule-associated protein involved in the regulation of mitotic cell cycle progression. Thus, stress-induced SIRT4 may exert its role as a tumor suppressor through both mitochondrial and mitochondria-independent functions localized to the mitotic spindle apparatus. The present work discusses the role of SIRT4 as a possible link between mitochondrial function and mitotic progression. Furthermore, the subcellular localization and regulation of SIRT4 is considered in relation to cell cycle progression in order to understand the relevance of SIRT4 in its potential dual function as a tumor suppressor or oncogene. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Biochemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 11.08.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 11.08.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 22.10.2018 | |||||||
| Datum der Promotion: | 18.07.2022 |
