Bisher wurde davon ausgegangen, dass der IKK-komplex durch Regulation des Transkriptionsfaktors NF-kappaB die stressinduzierte Expression von Zielgenen steuert. Im Rahmen der hier vorgelegten Dissertation konnte jedoch gezeigt werden, dass der IKK-Komplex unabhängig von seiner Rolle in der NF-kappaB-Aktivierung die Stabilität einer Vielzahl von mRNAs kontrolliert. Mittels der Kombination von Ko-Immunopräzipitationsstudien und SILAC-MS konnte die induzierte Interaktion der regulatorischen Untereinheit des IKK-Komplexes IKKgamma mit dem Gerüstprotein EDC4 (Enhancer of Decapping 4) nachgewiesen werden. EDC4 ist eine essentielle Komponente sogenannter zytoplasmatischer „Processing Bodies“ (P-Bodies). Diese fungieren als Depots für die Speicherung von mRNAs, aber auch als Orte der mRNA-Degradation und der miRNA-vermittelten Repression spezifischer Zielgene. Die Interaktion von IKKgamma mit EDC4 konnte durch verschiedene Stimuli induziert werden. Dazu zählen DNA-Schäden durch Doppelstrangbrüche, aber auch die Aktivierung von Oberflächenrezeptoren durch TNFalpha und IL-1beta. EDC4 dient darüber hinaus als Substrat der Kinase IKKbeta. Mittels Massenspektrometrie und Kinaseassays konnten vier IKK-abhängige Phosphorylierungsstellen identifiziert werden. Die IKK-vermittelte Phosphorylierung von EDC4 ist essentiell für die Regulation von mRNAs und die damit verbundene Bildung der zytoplasmatischen P-Bodies. Diese Befunde konnten sowohl in stabilen induzierbaren Zelllinien, mittels transienter Transfektion und durch den Gebrauch von Kinaseinhibitoren in primären als auch in Krebszelllinien bestätigt werden. mRNA-Stabilitätsassays und eine RNA-Seq Analyse bestätigten die stressinduzierten Änderungen in den Halbwertszeiten spezifischer Transkripte und offenbarten einen gemeinsamen Regulationsmechanismus des IKK-Komplexes mit EDC4. / The IKK complex is deemed to regulate gene expression through the activation of the transcription factor NF-kappaB. Here I describe an NF-kappaB-independent function of the IKK complex in regulating mRNA stability across different cell types and stimuli. A SILAC-MS screen for interaction partners of the regulatory subunit IKKgamma revealed an inducible interaction with Enhancer of mRNA Decapping 4 (EDC4). EDC4 is an essential component of cytoplasmic processing bodies (P-bodies). P-bodies function as sites of mRNA storage, degradation and miRNA-mediated silencing. Interaction between IKKgamma and EDC4 can be induced by various stimuli, including DNA damage, TNFalpha and IL-1beta. EDC4 was identified as a novel IKK substrate and four IKKbeta phosphorylation sites were determined by mass spectrometry and in kinase assays. Stable inducible cell lines, transient transfection and kinase inhibitors were used in different human cancer and in primary cell lines and demonstrated that phosphorylation of EDC4 by IKK is essential for formation of P-Bodies in response to numerous stimuli. mRNA stability assays confirmed stress-induced changes in the half-life of target mRNAs and revealed common regulation of mRNA stability by IKK and EDC4. The transcriptome-wide reach of this joint regulation was assessed via RNA-Seq analysis.

Neutrophile sind Zellen des Immunsystems von Säugetieren. Ihre zerstörerische Kraft spielt eine essentielle Rolle bei der Bekämpfung von Mikroorganismen, birgt aber auch das Potential erheblicher Kollateralschäden. Um chronische Entzündungen zu vermeiden, müssen diese Zellen streng reguliert werden. Die Neutrophilen selber nehmen an dieser Regulierung durch das Freisetzen von pro- und antiinflammatorischen Signalen Teil, unter anderem produzieren sie Zytokine oder initiieren rechtzeitig die Apoptose. Ein Eckpfeiler der Regulierung dieser Funktionen ist der oxidative Burst, bei dem Neutrophile reaktive Sauerstoffspezies (ROS) bilden. Die molekularen Ziele von ROS, welche diese Mechanismen regulieren, sind nicht alle identifiziert. Wir haben ataxia-telangiectasia mutated (ATM) Kinase, ein Regulator der DNA-Schadensantwort (DDR), als einen ROS-abhängigen Modulator von Neutrophilen identifiziert. Mutationen in ATM führen zu der Erkrankung Ataxia Telangiectasia (AT). AT Patienten leiden nicht nur unter den Folgen der fehlerhaften DNA-Reparatur sondern zeigen auch inflammationsassoziierte Krankheitserscheinigungen. Diese Beobachtung veranlasste uns, die Neutrophilen von AT Patienten genauer zu untersuchen. Wir zeigen, dass Neutrophile von AT Patienten erhöhte Menge an Zytokinen produzieren und Apoptose verzögern. Wir zeigen auch, dass DNA Schaden die Zytokinproduktion unterdrückt und Apoptose durch einen Mechanismus, der ATM, p38, und Chk2 verwendet initiiert. ROS sind notwendig für die endogene Regulierung dieser Prozesse. Diese Arbeit enthüllt einen neuartigen Mechanismus der Regulierung von Neutrophilen und etabliert die DDR als ein Ziel der ROS-gesteuerten Immunmodulation. Im Zusammenhang wird auch gezeigt, dass dysregulierte Neutrophilenaktivitäten einem inflammatorischen Phänotyp in AT zugrundeliegen könnte. Wir glauben, dass Entzündung eine treibende Kraft hinter Teilen der Pathologie von AT sein könnte und somit ein Ziel für klinische Intervention darstellt. / Neutrophils are cells of the mammalian innate immune system whose inflammatory functions are essential for microbial clearance but cause collateral tissue damage. Inflammation is regulated by both pro- and anti-inflammatory signals, including cytokine production and initiation of apoptosis. A cornerstone of the regulation of these functions is the oxidative burst, by which neutrophils generate reactive oxygen species (ROS). The downstream targets of ROS responsible for regulating these functions are not fully identified. We have identified ataxia telangiectasia mutated (ATM) kinase, a master regulator of the DNA damage response (DDR), as a ROS-dependent modulator of neutrophil responses. Mutations in ATM cause the disease Ataxia-telangiectasia (AT). In addition to disorders resulting from defective DNA repair, AT patients suffer from symptoms linked to inflammation, leading us to examine their neutrophil responses. We report that neutrophils from AT patients overproduce pro-inflammatory cytokines and delay apoptosis. We further show that DNA damage in neutrophils suppresses cytokine production and can initiate apoptosis via a mechanism involving ATM, p38, and Chk2. Furthermore, the oxidative burst was required for activation of ATM to regulate these processes.. This work reveals a novel mechanism for the regulation of neutrophil functions, establishing the DDR as a mediator of immune regulation by ROS. Furthermore, it indicates that neutrophil dysregulation may underlie chronic inflammation in AT patients. We propose that inflammation may be a driving force behind some of the pathology of AT, providing a potential target for clinical intervention for some symptoms of this currently untreatable disease.