Texte remanié de: Diss.--Philosophische Fakultät--München--Ludwig-Maximilans-Universität, 1994. / Bibliogr. p. [149]-166. Index.

Die Akkumulation fehlerhafter Proteine im Endoplasmatischen Retikulum (ER) induziert den „unfolded protein response“ (UPR) - Signalweg zur Überwindung dieser zellulären Stress-Situation. Ein in Säugern stark UPR-induziertes Gen kodiert für das Ubiquitin-Domäne-Protein Herp. Herp interagiert mit der E3-Ligase Synoviolin, einer zentralen Komponente von Multiproteinkomplexen, welche die ER assoziierte Protein-Degradation (ERAD) vermitteln. Abhängig von seiner Ubiquitin-ähnlichen (‘UBL’) Domäne wird Herp für den effizienten Abbau von Synoviolin-Substraten benötigt. Der zugrundeliegende molekulare Mechanismus dieser Funktion von Herp ist kaum bekannt. In der vorliegenden Studie wurde gezeigt, dass Herp kontinuierlich an Synoviolin-basierten Komplexen umgesetzt wird, aber kein Substrat ist. Da sowohl Depletion als auch Stabilisierung von Herp zum verminderten Abbau von Synoviolin-Substraten führt, lässt sich schlussfolgern, dass der kontinuierliche Umsatz von Herp entscheidend ist für ERAD. Weiterhin regulierte Herp die Zusammensetzung Synoviolin-basierter Komplexe. Das deubiquitinierende Enzym Usp7 ist über seine Bindung an Herp mit Synoviolin assoziiert. Usp7 beeinflusste aber nicht die Stabilität von Herp oder ERAD-Substraten. Zusätzlich verstärkte Herp die Interaktion zwischen dem CUE-Domäne-Protein AUP1 und Synoviolin. In Abhängigkeit von der CUE-Domäne steigerte AUP1 den ERAD-Prozess. Auch das Herp-Homolog Herp2 war mit Synoviolin-basierten Komplexen assoziiert. Im Gegensatz zu Herp wurde Herp2 nicht durch den UPR-Signalweg induziert, war stabil und interagierte nicht Usp7. Diese Daten unterstreichen die einzigartige Funktion von Herp im ERAD-Prozess. Schlussfolgernd ist Herp eine dynamische ERAD-Komponente, welche die Rekrutierung akzessorischer Proteine an Synoviolin vermittelt und damit die Ubiquitinierung von Synoviolin-Substraten ermöglicht. Diese Daten zeigen die kritische Rolle von Herp für die Beseitigung fehlerhafter Proteine und das Überleben der Zelle. / The accumulation of aberrant proteins in the endoplasmic reticulum (ER) induces the unfolded protein response (UPR) pathway for surmounting this cellular stress situation. One of the strongly UPR-induced genes in mammalia encodes the ubiquitin domain protein Herp. Herp interacts with the E3 ligase Synoviolin, a central component of ER associated protein degradation (ERAD) mediating multiprotein complexes. Dependent on its ubiquitin-like (UBL) domain, Herp is required for the efficient degradation of Synoviolin substrates. The molecular mechanism underlying this function of Herp is poorly understood. In the present study, it was shown that Herp is continuously exchanged at Synoviolin based complexes. However, Herp did not serve as a Synoviolin substrate. Since both stabilisation and depletion of Herp resulted in the impaired degradation of Synoviolin substrates, the continuous turnover of Herp seems to be decisive for ERAD. Herp was also shown to regulate the composition of Synoviolin based complexes. The deubiquitinating enzyme Usp7 was linked to Synoviolin via its interaction with Herp. However, Usp7 did not influence the stability of Herp or ERAD substrates. In addition, Herp improved the association of the CUE domain protein AUP1 with Synoviolin. AUP1 triggered the ERAD process in a CUE domain dependent manner. Also Herp2, a homologue of Herp, was found to associate with Synoviolin based complexes. However, in contrast to Herp, Herp2 was not induced by the UPR, was stable, and did not bind Usp7 supporting the idea of Herp having a unique function in ERAD. In conclusion, Herp is a dynamic ERAD component recruiting accessory proteins to Synoviolin thus enabling Synoviolin dependent ubiquitination of substrates. These findings point out the crucial role of Herp for the elimination of misfolded proteins, which is important for cell survival.

The unfolded protein response, which is activated during ER stress, counteracts stress conditions by increasing folding capacity and by increasing the degradation of misfolded ER proteins by the ER-Associated Degradation (ERAD) system. Studies using an engineered insulinoma cell line with inducible expression of the Akita folding-deficient insulin have shown a large induction of Herp, a protein that has been implicated in the ERAD pathway. We hypothesized that Herp is an essential protein that regulates the degradation of misfolded insulin during the ER stress response. Indeed, we found that the degradation of mutant insulin is Herp-dependent and that maintaining Herp expression is vital for maintaining cell survival. We have also observed that the expression of Herp mRNA and protein is induced in various cell culture and animal models of diabetes. These results suggest that Herp is an important ER stress response protein that is induced under diabetic conditions in pancreatic β-cells.

The unfolded protein response, which is activated during ER stress, counteracts stress conditions by increasing folding capacity and by increasing the degradation of misfolded ER proteins by the ER-Associated Degradation (ERAD) system. Studies using an engineered insulinoma cell line with inducible expression of the Akita folding-deficient insulin have shown a large induction of Herp, a protein that has been implicated in the ERAD pathway. We hypothesized that Herp is an essential protein that regulates the degradation of misfolded insulin during the ER stress response. Indeed, we found that the degradation of mutant insulin is Herp-dependent and that maintaining Herp expression is vital for maintaining cell survival. We have also observed that the expression of Herp mRNA and protein is induced in various cell culture and animal models of diabetes. These results suggest that Herp is an important ER stress response protein that is induced under diabetic conditions in pancreatic β-cells.

No description available.

Die ER-assoziierte Proteindegradation (ERAD) ist Teil des Qualitätskontrollsystems am ER, um der Akkumulation von fehlgefalteten Proteinen im ER entgegenzuwirken. Hierbei werden ERAD-Substrate mit Hilfe von E3-Ligasen wie z.B. HRD1 ubiquityliert und anschließend durch den p97-Ufd1-Npl4 Komplex aus der ER-Membran extrahiert. Im Zytosol werden diese extrahierten Proteine vom 26S Proteasom abgebaut. Für die Retrotranslokation von ERAD- Substraten werden zudem die Membranproteine Derlin-1 und VIMP benötigt, welche mit p97 assoziieren und einen Proteinkomplex bilden. HERP ist ein ER-lokalisiertes Protein, dessen Synthese durch den UPR (unfolded protein response) als Antwort auf die Akkumulation von fehlgefalteten Proteinen im ER induziert wird. Dies deutet auf eine Rolle von HERP im ERAD hin. Interessanterweise besitzt HERP eine sogenannte UBL-Domäne. Für andere Proteine mit UBL-Domäne konnte eine Interaktion dieser Domäne mit dem Proteasom nachgewiesen werden. Daher kann angenommen werden, dass HERP ebenfalls mit dem Proteasom interagiert und dies zur ER- Membran rekrutiert, wo es für den Abbau von ERAD-Substraten benötigt wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Rolle von HERP innerhalb des UPR zu ermitteln. Die hier präsentierten Daten zeigen, dass HERP essentiell für den Abbau des ERAD-Modell- Substrates CD3-delta ist. Somit hat HERP tatsächlich eine Rolle im ERAD. Außerdem wird eine direkte Interaktion von HERP mit der E3-Ligase HRD1 nachgewiesen. Es wird zudem gezeigt, dass HERP und HRD1 einen Proteinkomplex mit p97, Derlin-1 und eventuell auch mit VIMP bilden. Dieser ERAD Komplex ist folglich sowohl für die Ubiquitylierung als auch die Retrotranslokation von ERAD-Substraten verantwortlich und garantiert somit die effiziente Prozessierung von Proteinen aus dem ER. Zudem wird gezeigt, dass die UBL-Domäne von HERP im Gegensatz zu anderen UBL- Domänen nicht mit dem Proteasom interagiert. Somit kann nicht mehr davon ausgegangen werden, dass Proteasombindung eine Gemeinsamkeit aller Proteine mit UBL-Domäne ist. Dagegen wird eine Interaktion der UBL-Domäne von HERP mit dem deubiquitylierenden Enzym USP7 nachgewiesen. Dies deutet darauf hin, dass auch Deubiquitylierung eine wichtige Rolle im ERAD-Prozess spielt. / ER-associated protein degradation (ERAD) is part of the ER quality control system dealing with the accumulation of misfolded proteins in the ER. This process requires polyubiquitylation of ERAD substrates involving E3 ligases, such as HRD1, and their subsequent extraction from the ER membrane by the p97-Ufd1-Npl4 complex. Retrotranslocation of substrates into the cytosol for degradation by the 26S proteasome also involves the membrane proteins Derlin-1 and VIMP, which are associated with p97 to form a protein complex. The ER-resident protein HERP was shown to be upregulated by the unfolded protein response pathway (UPR) upon the accumulation of misfolded proteins in the ER. It was therefore considered to function in ERAD. Interestingly, HERP contains a UBL domain. In other proteins this domain facilitates an interaction with the proteasome, suggesting that HERP might recruit the proteasome to the ER membrane for efficient ERAD. The aim of this study was to investigate the function of HERP within the UPR. The findings presented here demonstrate that HERP is essential for the degradation of a model ERAD substrate. Thus, HERP indeed has a role in ERAD. Moreover, the data show that HERP directly interacts with the E3 ligase HRD1 and the two proteins form a common protein complex with p97, Derlin-1 and possibly also with VIMP. This suggests that both ubiquitylation and retrotranslocation of ER proteins are performed by one protein complex, enabling an efficient processing of ERAD substrates. This study also demonstrates that the UBL domain of HERP does not share the proteasome binding property of other UBL domains, suggesting that proteasome binding cannot be considered a general feature of all UBL domains. Instead, the HERP UBL domain is able to interact with the deubiquitylating enzyme USP7. Therefore, deubiquitylation might also be an important aspect in the proteasome-dependent degradation of misfolded ER proteins.