Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6953
Molecular
Chaperones and Cochaperones as Regulators of the Transcriptional Activity of
the Glucocorticoid Receptor
Wei
Hong
Abstract
Glucocorticoids
play important roles in anti-inflammation, immnunosuppression and induction of
apoptosis. Glucocorticoids function via binding to the glucocorticoid receptor
(GR) which is localized in the cytoplasm of glucocorticoid target cells. The action
of the GR is modulated by molecular chaperones and cochaperones that interact
with the aporeceptor to provide the correct conformation for hormone binding.
Recent studies suggest that the molecular chaperones and cochaperones may also
act in the nucleus to modulate the transcriptional activity of the GR. Bag-1M,
a member of the Bag1 family of cochaperones, is transported by the GR from the
cytoplasm into the nucleus where it inhibits the transcriptional activity by
the receptor, but does not affect the action of the structurally related
mineralocorticoid receptor. However the mechanism by which it inhibits the
action of the receptor is not known. In this study, the modes of action of
Bag-1M in inhibiting GR-mediated transactivation have been analyzed. The hinge
region of the GR was found to be essential for Bag-1M-mediated repression of
the transactivation by the receptor. Bag-1M binds to lysine 496 and isoleucine
497 in the hinge region of the GR to inhibit DNA binding by the receptor in a
process that requires ATP hydrolysis. Using a combination of siRNA and
chromatin immunoprecipitation techniques, it has also been demonstrated that
inhibition of the DNA binding by the receptor is one of two ways by which Bag-1
negatively regulates GR action. The second mechanism occurs through the
recruitment of histone deacetylases 1 and 2 to glucocorticoid regulated genes
to repress their action once the GR had bound Bag-1M. This action of Bag-1M is
cell type specific, since it was observed in kidney cells but not cervical or
hepatoma cells. The negative regulation of GR activity may therefore be
relevant in kidney cells that possess both glucocorticoid and mineralocorticoid
action where the action of the glucocorticoid needs to be downregulated for the
mineralocorticoid receptor to function.
Molekulare Chaperon und Cochaperon als Regulatoren der
Transkriptionellen Aktivität des Glukokorticoid Rezeptors
Zusammenfassung
Glukokortikoide spielen eine wichtige Rolle bei der
Hemmung von Entzündungsreaktionen, Immunsuppression und Induktion von Apoptose.
Diese Eigenschaften werden durch den Glukokortikoidrezeptor (GR) vermittelt,
der im Cytoplasma der Zielzellen lokalisiert ist. Die Wirkung des
Glukokortikoidrezeptors kann durch molekulare Chaperone und Cochaperone
moduliert werden. Die simple Interaktion dieser Proteine mit dem Aporezeptor
gewährleistet die korrekte Konformation des Rezeptorproteins, welche
Vorraussetzung für die Liganden-Bindung ist, wobei der Einfluss der Chaperone
auf die transkriptionelle Kontrolle durch den GR auf einer mehr aktiven Rolle
basiert. Das Bag-1 Protein, ein Mitglied der Bag-1 Chaperon-Familie, wird mit
dem GR aus dem Cytoplasma in den Zellkern transportiert, wo es die
transkriptionelle Aktivität von GR-regulierten Genen hemmt. In dieser Arbeit
wurde die Wirkungsweise untersucht, die der Hemmung der GR-vermittelten
Transaktivierung durch das Bag-1M-Protein zugrunde liegt. Die hinge Region des
Glukokortikoidrezeptors ist für die Bag-1M-vermittelte Repression der GR-abhängigen
Transaktivierung essentiell. Das erste Ergebnis dieser Arbeit zeigte, dass
Bag-1M mit den Aminosäuren Lysin 496 und Isoleucin 497 in der hinge Region des
GR interagiert und dabei die Fähigkeit des Rezeptors an die DNA zu binden in
einem ATP-abhängigen Prozess inhibiert. Unter Verwendung von siRNA-Techniken
und Chromatin-Immunopräzipitation-Analysen wurde gezeigt, dass Bag-1M
GR-regulierte Gene in negativer Weise kontrolliert. Darüber hinaus wurde
betätigt, dass die Beeinträchtigung der DNA-Bindung des Rezeptors ein
Mechanismus ist, durch den Bag-1M die Wirkung des GR negativ reguliert. Die
zweite Entdeckung demonstrierte, dass Bag-1M, im Anschluss an die Bindung des
GR Bag-1M, Histon-Deacetylasen zu Glukokortikoid-regulierten Genen rekrutiert, um
so deren transkriptionelle Aktivität zu hemmen. Diese Wirkung ist jedoch
zelltypspezifisch. Demnach erfolgt die Hemmung der GRabhängigen
Transaktivierung durch Bag-1M nach zwei unterschiedlichen Mechanismen. Die
biologische Bedeutung dieser Ergebnisse wurde erörtert, wobei postuliert wurde,
dass es sich hierbei um ein spezifisches Phänomen kortikosteroid
(glukokortikoider und mineralokortikoider) Wirkung handelt. Sowohl der GR als
auch der Mineralokortikoidrezeptor (MR), können durch Glukokortkoide aktiviert
werden, obwohl sie unterschiedliche Funktionen besitzen. In Geweben, die beide
Rezeptorproteine aufweisen, ist ein Weg zwischen den Rezeptortypen zu
unterscheiden, die Aktivität des eine, jedoch nicht des anderen Rezeptors zu
herabzusetzen. Dies scheint die Aufgabe des Bag-1M Proteins zu sein, da es
ausschließlich die Wirkung des GR und nicht die des MR hemmt.
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