Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6917

Cytoplasmic Domain of CD44 Acts as a Nuclear Transcription Regulator

YONG LI

Abstract
CD44 is a widely distributed adhesion molecule implicated in a variety of physiological and pathological processes. CD44 proteins function as a molecular switch between cell growth and inhibition of proliferation by interacting with ERM (ezrin/radixin/moesin) and merlin proteins through their cytoplasmic tail. The CD44 ERM/merlin complexes must be tightly regulated to attain the optimal signaling capacity, suggesting that other intracellular components are probably part of this complex.

In an attempt to understand intracellular signaling triggered by CD44, I tried to identify intracellular components associated with CD44 under conditions of growth inhibition by co-immunoprecipitation with CD44. By MALDI-MS analysis, importin ß and importin 5 were identified as such intracellular components associated with CD44. The interaction between importins and CD44 was confirmed by co-localization experiments. The importins are probably involved in the nuclear translocation of the CD44 intracellular domain (CD44ICD) which is an intracellular cleavage product. Evidence for such an involvement is deduced from the observation that wild-type CD44ICD is located in the nucleus, while mutant CD44ICD to which importin cannot bind is located in the cytoplasm.

The CD44ICD is generated from CD44 by intracellular cleavage by presenilin (PS)-dependent γ-secretase. 12-O-tetradecanoylphorbol 13-acetate (TPA) treatment, hyaluronic acid (HA) treatment or serum starvation induced the intracellular cleavage of CD44. HA induced generation of CD44ICD required the activation of Rac signaling pathway. Interestingly, a mutant of CD44s to which importins do not associate undergoes cleavage much less efficiently as compared to wild-type CD44s. The nuclear CD44ICD regulates the expression of several genes, as revealed by microarray analysis. Among those genes are genes encoding interferon inducible proteins that have anti-proliferative and apopototic effects.

Cytoplasmatische Domäne von CD44 wirkt als nuklearer Transkriptionsregulator

Zusammenfassung
CD 44 ist ein weit verbreitetes Adhäsionsmolekül, das an einer Vielzahl von physiologischen und pathologischen Prozessen beteiligt ist. Das CD44 Protein funktioniert als molekularer Schalter, der zwischen Zellwachstum oder Proliferationshemmung entscheidet, indem sein zytoplasmatischer Teil mit ERM (ezrin/radixin/moesin) bzw. Merlin interagiert. Die CD44 – ERM, bzw. CD44/Merlin Komplexe werden strikt reguliert, um eine optimale Signalkapazität zu erreichen. Daher wird vermutet, dass noch weitere intrazelluläre Komponenten Teil dieser Komplexe sind.

Um intrazelluläre Signaltransduktion durch CD44 besser zu verstehen, habe ich versucht, durch Ko-Immunopräzipitationen intrazelluläre Komponenten zu identifizieren, die unter Bedingungen der Proliferationshemmung mit CD44 assoziieren. Durch MALDI-MS Analyse wurden Importin b und Importin 5 als intrazelluläre Bindungspartner von CD44 identifiziert. Die Interaktion zwischen CD44 und den beiden Importinen wurde durch Ko-lokalisationsexperimente bestätigt. Die Importine spielen wahrscheinlich eine Rolle bei der nukleären Translokation der intrazellulären Domäne von CD44 ( CD44ICD ), einem intrazellulär abgespaltenen Produkt. Einen Beleg für diese Hypothese liefert die Beobachtung, dass Wildtyp-CD44ICD im Nukleus lokalisiert ist, während eine Mutante, die nicht mit Importin interagiert, im Zytoplasma zu finden ist.

Die Abspaltung der CD44ICD von CD44 erfolgt intrazellulär durch die Presenilin-abhängige g-Sekretase. In der Zellkultur kann die intrazelluläre Spaltung von CD44 durch Behandlung mit 12-o-tetradecanoylphorbol-13-acetat (TPA), Hyaluronsäure (HA) oder durch Serumentzug induziert werden. Die HA-induzierte CD44-Spaltung benötigt die Aktivierung des Rac-Signaltransduktionsweges. Interessanterweise wird eine zur Bindung von Importin unfähige Mutante von CD44 mit wesentlich geringerer Effizienz gespalten als Wildtyp-CD44. Die im Kern lokalisierte CD44ICD reguliert, wie Microarray-Analysen gezeigt haben, die Expression verschiedener Gene, darunter auch solche Gene, die für Interferon-induzierbare Proteine codieren, die wiederum antiproliferative sowie apoptotische Effekte vermitteln.

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