L’ubiquitination est une modification post-traductionnelle impliquée dans de nombreux mécanismes cellulaires. L’E3-ubiquitine ligase CULLIN 3 (CUL3) est un régulateur essentiel de la progression mitotique, ubiquitinant d’importants régulateurs mitotiques et contrôlant leur localisation subcellulaire. Plus particulièrement, notre travail décrit le rôle de la nouvelle E31 ligase CUL3/KLHL22 dans la régulation de l’activité localisée de Polo-like kinase 1 (PLK1) et de ce fait dans l’établissement d’une progression mitotique précise. Néanmoins, les mécanismes moléculaires qui régissent la reconnaissance de son substrat par CUL3 demeurent inconnus. L’activité catalytique de PLK1 ne semble pas être nécessaire à son interaction avec KLHL22, mais aussi bien son domaine kinase que Polo-box (PBD) suffisent à co-purifier KLHL22. Des mutations au niveau du motif DFG, situé en amont du domaine kinase,et du tryptophane 414 au sein du PBD semblent influer sur la reconnaissance de KLHL22. Les résultats obtenus montrent les premières indications biochimiques du mode d’interaction du complexe CUL3/KLHL22/PLK1. / Ubiquitination is a post-translational modification involved in many cellular processes. The E3 ubiquitin-ligase based on CULLIN 3 protein (CUL3) is an essential regulator of mitotic division in human cells by ubiquitinating several important mitotic regulators and controlling their subcellular localization. In particular, our work described the role of novel CUL3/KLHL22 E3-ligase in regulation of localized activity of Polo-like kinase 1 (PLK1) and there by faithful mitotic progression. However, the molecular mechanisms of substrate recognition by CUL3 remain unknown. The catalytic activity of PLK1 may not be required for binding KLHL22 but both the kinase and the Polo-box domains are sufficient to co-purify KLHL22. Mutating the DFG motif within the kinase domain and the tryptophan 414 within the PBD influence the binding to KLHL22. These results provide first insights into molecular mechanisms of CUL3/KLHL22/PLK1complex.

Ansamling av amyloid beta (Aβ) i de extracellulära miljöerna är associerad till många svåra sjukdomar som Alzheimers och ålders-relaterad makuladegeneration (AMD). Amyloider karaktäriseras av att de är olösliga, toxiska mot neuron och orsakar därför svår skada. AMD är den ledande orsaken till blindhet och irreversibelt förlorande av skarp syn då Aβ manifesterar i makula. I AMD orsakar Aβ inflammatorisk aktivitet där det retinala pigmentepitelet bryts ned och ljuskänsliga fotoreceptorer dör genom apoptos. Idag lever ca 150 miljoner människor med AMD där mänga har svårt att utföra vardagliga uppgifter till följd av förlust av skarp syn. Idag är Kongo röd en av de vanligaste metoderna för att visualisera amyloider in vitro. Den patogenes som orsakas av amyloider kan analyseras med immunofluorescens och immunohistokemi. Syftet med studien var att undersöka förekomst av amyloider i samband med celldöd i näthinna från gris, undersöka den patogenes som amyloider orsakar med immunofluorescens och immunohistokemi, samt undersöka om det finns korrelation mellan amyloider och celldöd. Resultatet visade att amyloider var förekommande i näthinnan och hade orsakat celldöd och ansamling av aggresomer. Amyloider och den patologi som orsakats kunde visualiseras i det yttre lagret av näthinnan. / Deposition of amyloid beta (Aβ) in the extracellular environment are associated to some severe diseases, like Alzheimer’s disease and age-related macular degeneration (AMD). Amyloids are characterized by insolubility, toxicity towards neuron and are there-for damaging to tissues. AMD is the primary cause of blindness and irreversible loss of central vision through manifestation of Aβ in the macula. In AMD, Aβ drives an inflammatory action that degenerates the retinal pigment epithelium and cause atrophy of photoreceptors. Today ~150 million people live with AMD where many find difficulties performing everyday tasks due to loss of sharp vision. Congo red is a gold standard for visualizing amyloids in vitro and the pathogenesis caused by amyloids can be analyzed by immunofluorescence and immunohistochemistry. The purpose of this study was to show the presence of amyloids relating to cell death in pig retina, show the pathogenesis caused by amyloids by using immunofluorescence and immunohistochemistry, and investigate whether there is correlation between amyloids and cell death. The result showed that amyloids were present in the retina and caused cell death and gathering of aggresomes. Amyloids and the caused pathology could be visualized in the outer layer of the retina.

L'ubiquitylation des protéines est une modification post-traductionnelle qui joue un rôle capital dans la régulation des nombreuses fonctions cellulaires, y compris la croissance cellulaire et la prolifération. Les dysfonctionnements de ce mécanisme sont à l'origine de diverses maladies telles que le cancer par exemple. Le processus d'ubiquitylation implique une série des réactions enzymatiques en cascade, catalysées par une famille des enzymes, structuralement très proches. Cette famille est composée des enzymes activateurs d'ubiquitine (E1s), des enzymes de conjugaison d'ubiquitine (E2s) et des ligases d'ubiquitine (E3s). Les interactions entre E2s et E3s sont dans le centre de la cascade d'ubiquitylation. Une combinaison particulière des pairs E2/E3 va déterminer le type de chaînes d'ubiquitine qui seront attachées à la protéine d'intérêt pour ensuite déterminer la fonction régulatrice de la voie d'ubiquitylation. A ce jour, seulement une petite fraction de paires possibles entre E2 et E3 a été investiguée par des approches biochimiques et in vitro. Cependant ces approches ne reflètent pas forcément des conditions qu'on trouve dans une cellule vivante. Prenant ceci en considération, les principales objectives de ma thèse seront comme suit : identifier et optimiser une méthode de détection et de quantification des interactions E2/E3 dans une cellule vivante de la levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiae) ; construire une bibliothèque de souches de la levure qui permettrait d'établir des interactions entre E2 et E3 ; chercher de nouvelles potentielles paires E2/E3 ; caractériser fonctionnellement une potentielle paire E2/E2. Il est difficile de trouver une méthodologie appropriée afin d'étudier les interactions entre E2 et E3 parce qu'ils sont relativement faibles et transitoires. Leurs études nécessitent donc des techniques de détection avec une grande sensibilité. Parmi différentes techniques nous avons testé et choisi la complémentation bimoléculaire de la fluorescence, BiFC. Kurtosis, une mesure permettant localiser et quantifier la fluorescence BiFC-spécifique. Nos résultats nous nous avons permis à identifier 117 putatives paires E2/E3 parmi quels, 23 paires ont été déjà décrit dans la littérature. Parmi 94 nouvelles paires, certains E3s interagissent avec seulement une seule E2 ou d'autres donnent un signal BiFC avec plusieurs E2s. Ubc13, Ubc1 et Ubc4 sont les E2s qui interagissent le plus souvent. Nous avons identifié aussi une interaction entre les protéines Asi1 et Asi3 et les enzymes de conjugaison d'ubiquitine Ubc6 et Ubc7. Asi1 et 3 sont connus de former un complexe Asi1/3 sur la membrane intérieure du noyau impliqué dans la réponse de la cellule aux acides aminés extracellulaires. Ces protéines contiennent un domaine RING caractéristique pour les ligases d'ubiquitine mais cette activité n'était pas démontrée auparavant. / Protein ubiquitylation is a post-translational modification that plays a crucial role in regulating many cellular functions, including cell growth and proliferation. Defects in this control mechanism cause cancer and other diseases. The ubiquitylation process involves a cascade of enzymatic reactions catalyzed by a family of structurally-related enzymes, namely ubiquitin activating enzymes (E1s), ubiquitin conjugating enzymes (E2s) and ubiquitin ligases (E3s). Interactions between E2s and E3s are in the centre of ubiquitylation cascade and it is a combination of particular E2/E3 pairs that determine what types of ubiquitin chains are made, thus determining the regulatory functions of the ubiquitin pathway. To date, only a small fraction of all possible E2/E3 pairs have been investigated, mainly using biochemical and in vitro approaches that may not accurately reflect the conditions that occur in living cells. We aimed to develop a method capable of detecting specific E2-E3 interactions under physiological conditions. Using budding yeast as a model organism, we found that the Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) enables sensitive detection of the well described Ubc4-Ufd4 pair under endogenous conditions. The assay is specific since the interaction signal is lost in yeasts expressing Ubc4 mutants truncated in its E3 interaction domain. We then used this system to further analyze the physiological network of E2 and E3 enzymes in living yeast. We performed a microscopy screen to assay all interactions between eleven E2s and 56 E3s. Our results show that approximately 20% of all E2/E3 combinations give a detectable BiFC signal. Few E3s interacted only with a single E2, whereas most E3s produced a BiFC signal with multiple E2s. Ubc13, Ubc1 and Ubc4 were found to be the most frequently interacting E2s. Our results match many examples from current literature but we also detected 94 new E2/E3 interactions, in particular we identified an interaction between the proteins Asi1 and Asi3 and E2s Ubc6 and Ubc7. Asi1 and Asi3 are known to form a complex (the Asi1/3 complex) at the inner nuclear membrane and are involved in the regulation of the response to extracellular amino acids. The Asi1/3 complex was suspected to function as a ubiquitin ligases because they contain a RING domain, but this has previously not been demonstrated. We therefore further characterized them functionally.

The localization, expression, and physiological role of regulatory proteins in the neurogenic niches of the brain is fundamental to our understanding of adult neurogenesis. This study explores the expression and role of the E3-ubiquitin ligase, c-Cbl, in neurogenesis within the subventricular zone (SVZ) of mice. In vitro neurosphere assays and in vivo analyses were performed in specific c-Cbl knock-out lines to unravel c-Cbl’s role in receptor tyrosine kinase signaling, including the epidermal growth factor receptor (EGFR) pathway. Our findings suggest that c-Cbl is significantly expressed within EGFR-expressing cells, playing a pivotal role in neural stem cell proliferation and differentiation. However, c-Cbl’s function extends beyond EGFR signaling, as its loss upon knock-out stimulated progenitor cell proliferation in neurosphere cultures. Yet, this effect was not detected in hippocampal progenitor cells, reflecting the lack of the EGFR in the hippocampus. In vivo, c-Cbl exerted only a minor proneurogenic influence with no measurable impact on the formation of adult-born neurons. In conclusion, c-Cbl regulates neural stem cells in the subventricular zone via the EGFR pathway but, likely, its loss is compensated by other signaling modules in vivo.

Das Ubiquitin-Proteasom-System gewährleistet in eukaryontischen Zellen den regulierten Abbau der meisten intrazellulären Proteine und ist mit der Generierung von T-Zell-Epitopen grundlegend an der Immunantwort beteiligt. Wegen der Komplexität des Systems stand ein in vitro Verfahren zur 26S proteasomalen Prozessierung eines ubiquitinierten Modellsubstrates erstmals im Jahr 2000 zur Verfügung. In der vorliegenden Arbeit gelang es, diese von Thrower et al. publizierte Methode hinsichtlich einer größeren Proteinquantität zu optimieren und auf die in vitro Ubiquitinierung und Degradation von Proteinen anzuwenden, deren proteasomaler Abbau unter dem Aspekt der Epitopgenerierung immunologisch von besonderer Relevanz ist. Die biochemische und massenspektrometrische Analyse der 26S proteasomalen Degradation von penta-ubiquitinierten Derivaten des tumorassoziierten Glykoproteins Mucin1 zeigte erstens, dass die Prozessierung der Substrate zu einem 26S proteasomalen gating-Effekt führt, der von Substratbindung und -deubiquitinierung sowie von ATP-Hydrolyse abhängig ist. Zweitens ließ sich als Folge der Substratprozessierung eine Instabilisierung des 26S Proteasoms beobachten, die auf einen Assoziations-Dissoziations-Zyklus hindeutet. Drittens ergab die Untersuchung zum Einfluss des Proteasom-Aktivators PA28 auf den Abbau eines Mucin1-Polyepitops, dass PA28 eine erhöhte Quantität an 26S proteasomal generiertem Epitop verursacht. Viertens war unter Zuhilfenahme des Inhibitors clasto-Lactacystin und anhand der ubiquitinierten Mucin1-Derivate erstmals für ubiquitinierte Substrate nachweisbar, dass die proteasomale katalytische Untereinheit beta5 für die Proteindegradation durch den 26S-Komplex nicht essentiell ist. Das in der vorliegenden Arbeit etablierte Abbausystem hat zudem sein Potential unter Beweis gestellt, als ein in vivo-nahes in vitro Testsystem zu fungieren, um die Wirksamkeit von Proteasom-Inhibitoren sowie die Prozessierbarkeit von Polyepitop-Vakzinen zu bewerten. / The ubiquitin-proteasome pathway plays a major role in cellular protein degradation. By generating T-cell epitopes it contributes essentially to the immune response. The complexity of the system impeded the establishment of an in vitro approach that would make a detailed analysis of the protein degradation by the 26S proteasome possible. Finally, in 2000 Thrower et al. published an in vitro method enabling the synthesis and degradation of an ubiquitinated model substrate by the 26S proteasome. In the study presented here the approach of Thrower et al. was improved by scaling up and by the synthesis of substrates the degradation of which by the 26S proteasome is of great importance immunologically, mainly in regard to the generation of T-cell epitopes. In vitro synthesised penta-ubiquitinated versions of the tumor-associated glycoprotein mucin1 were processed by purified 26S proteasomes. The analysis of substrate degradation and product generation by biochemistry and mass spectrometry showed firstly, that substrate processing initiated a 26S proteasomal gating effect which depends on substrate binding to the proteasome, deubiquitination and proteasomal ATP-hydrolysis. Secondly, a disassembly of the 26S proteasome was observed following substrate processing which suggests a regulated association-dissociation cycle of the proteasome. Thirdly, supplementation of the degradation approach with the proteasome activator PA28 led to a higher quantity of epitope generated by the 26S proteasome out of a mucin1 polyepitope string. Fourthly, use of the proteasome inhibitor clasto-Lactacystin revealed, for the first time, that the catalytic proteasome subunit beta5 is not essential for the degradation of ubiquitinated protein substrates by the 26S proteasome. In addition, the in vitro approach established in the presented study has shown its potential to function as an in vivo-like system which helps to assess proteasome inhibitors and potential polyepitope vaccines.

Das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) ist das wichtigste System für den Abbau von nicht mehr benötigten oder beschädigten Proteinen innerhalb der eukaryotischen Zelle und ist somit an der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase beteiligt. Ein Abfall der proteasomalen Aktivität führt zu intrazellulärem Stress. Die Zelle wirkt diesem Abfall entgegen, indem sie die proteasomalen Gene verstärkt exprimiert und dadurch die Neubildung von 26S Proteasomen bewirkt. Während in der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae mit Rpn4 der Transkriptionsfaktor für die verstärkte Expression identifiziert wurde, war dieser in Säugetieren noch nicht bekannt. In der vorliegenden Arbeit konnte TCF11 (transcription factor 11) als der verantwortliche Transkriptionsfaktor identifiziert werden, der in der humanen Endothelzelllinie Ea.hy926 die Transkription der proteasomalen Gene nach Proteasominhibition induziert. Unter physiologischen Bedingungen ist TCF11 ein N-glykosyliertes ER-ständiges Membranprotein, welches durch die ER-assoziierte Protein Degradation, unter der Mitwirkung des E3-Enzyms HRD1 und der AAA-ATPase p97, schnell abgebaut wird. Nach der Proteasominhibition kommt es zur Akkumulation von oxidierten Proteinen, und TCF11 wird aktiviert und in den Zellkern transportiert. Im Zellkern bindet TCF11 an AREs (antioxidant response element) in den proteasomalen Promotoren und aktiviert dadurch die Transkription der proteasomalen Gene. Darüber hinaus reguliert TCF11 auch die Expression von zahlreichen Enzymen, die die Ubiquitinierung von Proteinen katalysieren. Dadurch wird die zelluläre Homöostase wiederhergestellt und TCF11 sehr wahrscheinlich durch die neu gebildeten Proteasomen abgebaut. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen auf, dass die Integrität des UPS nach Proteasominhibition in der humanen Endolthelzelllinie Ea.hy926 über einen TCF11 abhängigen Rückkopplungsmechanismus aufrechterhalten wird. / The ubiquitin-proteasome-system (UPS) is the most important system for regulated protein degradation in eukaryotes. Therefore it is involved in the regulation of cellular homeostasis. Reduced proteasome activity results in proteotoxic stress. To counteract for reduced proteasome activity, eukaryotic cells enhance proteasome gene expression, which results in formation of new 26S proteasomes and recovery of physiological conditions. While in bakers yeast Saccharomyces cerevisiae the transcription factor Rpn4 is responsible for enhanced proteasome gene expression in response to proteasome inhibition, in mammals the responsible transcription factor was unknown. In this thesis, transcription factor TCF11 (transcription factor 11) was identified as a key regulator for 26S-proteasome formation in the human cell line Ea.hy926 to compensate for reduced proteolytic activity. Under non-inducing conditions N-glycosylated TCF11 resides in the endoplasmic reticulum (ER) membrane, where TCF11 is targeted to ER-associated protein degradation system requiring the E3-ubiquitin ligase HRD1 and the AAA-ATPase p97. Proteasome inhibitors trigger the accumulation of oxidant-damaged proteins, and promote the nuclear translocation of TCF11 from the ER, permitting activation of proteasome gene expression by binding of TCF11 to antioxidant response elements (ARE) in their promoter regions. Furthermore TCF11 controlls the expression of additional UPS-related genes. Thus the transcriptional feedback loop regulating human proteasome dependent protein degradation to counteract proteotoxic stress caused by proteasome inhibition was uncovered.

Ubiquitin (Ub) wird meist in Kettenform an Lysine von anderen Proteinen gekoppelt und bestimmt somit, ob das Substrat beispielsweise vom Proteasom abgebaut oder an der Reparatur des Erbguts beteiligt wird. Die Regulierung dieses Signals ist entscheidend für die zelluläre Homöostase, Fehler führen zu Krankheiten wie Parkinson und Krebs. Die wohl wichtigsten Regulatoren sind deubiquitinierende Enzyme (DUBs). Ein tiefes Verständnis über deren enzymatischen Mechanismus ist daher unerlässlich für die Entwicklung von therapeutischen Ansätzen. Biochemische Methoden ermöglichten bisher grundlegende Erkenntnisse darüber, wie DUBs Ubiquitinketten prozessieren. Allerdings werden dabei viele überlappende Reaktionen analysiert, wodurch viele relevante Details schwer oder gar nicht erkennbar sind. Diese Arbeit bietet durch die Etablierung einer Einzelmolekül-Mikroskopie-Methode eine neue Perspektive auf die Interaktion zwischen DUBs und Ubiquitinketten. Dafür wurden Messkammern mit Ubiquitinketten bestückt. Verschiedene DUBs und die Ubiquitinketten wurden mit Fluorophoren markiert und mit Hilfe von interner Totalreflexions-Fluoreszenz-Mikroskopie analysiert. Am Beispiel des DUBs USP5 konnten dadurch erstmals die Bindung sowie das darauffolgende Schneiden einer Ubiquitinkette direkt und in Echtzeit beobachtet werden. Anschließende Auswertungen gewährten neue Einblicke in die Unterschiede zwischen produktiven und unproduktiven Bindungen und auch auf das heterogene Bindungsverhalten von USP5 vor dem Schneiden der Kette. Mit Anpassungen am Versuchsaufbau konnten am Beispiel von USP2 und drei verschiedenen Ubiquitinketten diverse kinetische Parameter bestimmt werden. Diese Ergebnisse unterstützen ein bestehendes Modell, nach dem USP2 nach der Bindung eine Konformationsänderung durchlaufen muss, um Ubiquitinketten zu schneiden. Zusätzlich weisen die Messungen darauf hin, dass diese Konformationsänderung der entscheidende Faktor für die Substratspezifität von USP2 ist. / Ubiquitin (Ub) is a post-translational modification attached to substrate proteins, often in the form of Ub chains. Depending on the length and linkage type of those chains the substrates can, for example, be targeted for proteasomal degradation or initiate DNA repair mechanisms. Regulation of this signal is crucial for cellular homeostasis and errors cause diseases like Parkinson´s or cancer. The main regulators are deubiquitinating enzymes (DUBs) which cleave Ub chains. Deeply understanding their enzymatic mechanism is necessary for the development of medical intervention strategies. Biochemical methods have enabled a fundamental understanding about Ub cleavage. However, this results from population measurements, where individual mechanistic details are hard or impossible to be determined. By establishing a single-molecule microscopy method, the work in hand offers a new perspective on the enzymatic reactions between DUBs and Ub chains. Here, self-made imaging chambers were decorated with Ub chains. These Ub chains and a selection of DUBs were labelled with fluorescent dyes and analysed by total internal reflection fluorescence microscopy in real-time. Using USP5, this set-up enabled a DUB-Ub chain interaction with subsequent cleavage reaction to be directly observed for the first time. In-depth analyses revealed several insights into the enzymatic mechanism, including a clear difference between productive and unproductive binding events, as well as two populations of USP5 with different binding times before Ub chain cleavage. By adapting the experimental set-up, several kinetic parameters were determined on the example of USP2 and three differently linked Ub chains. These measurements provided evidence for a published model proposing that USP2 must undergo a conformational change after Ub chain binding to enable processing. The analyses further indicated this conformational change to be the crucial factor for USP2 substrate specificity.

Das Neuroblastom ist der am weitesten verbreitete solide, extrakranielle Tumor im Kindesalter. Trotz intensiver Forschung sind die Überlebensraten von Patienten mit fortgeschrittenem Tumorwachstum nach wie vor schlecht. Die Idee, eine zelluläre, langanhaltende Immunantwort im Körper zu induzieren, vermittelt durch zytotoxische CD8+T-Zellen, die sich gegen den Tumor richten, scheint dabei besonders attraktiv. Als tumorassoziiertes Antigen (TAA) wurde zu diesem Zweck für diese Arbeit die murine Tyrosinhydroxylase (mTH), das Schrittmacherenzym der Katecholaminbiosynthese, gewählt, da sie in der Mehrzahl der Neuroblastome stark überexprimiert ist. Für die Impfexperimente wurden sog. DNA-Minigen-Vakzine, die für Peptide aus der mTH-Sequenz kodieren, konstruiert. Die Auswahl Minigen-Peptide erfolgte mit dem MHC-Klasse-I-Liganden-Vorhersageprogramm syfpeithi, welches drei vorhergesagte starke H2-Kk-Liganden lieferte (mTH3k). Außerdem wurden zwei weitere Vakzine hergestellt: als Negativkontrolle das Vakzin mTHlowest, dessen mTH-Peptide laut syfpeithi schlechte MHC-Klasse-I-Liganden darstellen und das Vakzin Ersatzepis, dessen Peptide auf der Oberfläche von murinen NXS2-Neuroblastomzellen aus MHC-Klasse-I-Komplexen isoliert werden konnten. Sowohl in prophylaktischen als auch therapeutischen Impfversuchen in Mäusen konnte das Tumorwachstum und die spontane Metastasierung in sekundäre Organe wie die Leber signifikant verhindert werden. Außerdem konnte gezeigt werden, daß der Antitumoreffekt auf der Induktion mTH-spezifischer, zytotoxischer CD8+T Zellen (CTLs) beruht. Zusätzlich und insbesondere interessant für eine eventuelle klinische Anwendung eines auf der TH basierenden DNA-Vakzins verursachte das mTH-Minigen-Vakzin zumindest in Mäusen keine Aktivierung selbst-reaktiver CD8+T-Zellen. Alles in allem lassen die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse den Schluß zu, daß sich die Tyrosinhydroxylase als TAA in Form eines DNA-Vakzins zur adjuvanten Therapie des Neuroblastoms eignet. / Therapeutic vaccination against tumor antigens without induction of autoimmunity remains a major challenge in cancer immunotherapy. Here, we demonstrate for the first time effective therapeutic vaccination followed by eradication of established spontaneous neuroblastoma metastases using a tyrosine hydroxylase (TH) DNA minigene vaccine. We identified three novel mouse TH (mTH3) derived peptides with high predicted binding affinity to MHC class I H2-Kk according to prediction program syfpeithi and computer modeling of epitopes into MHC class I binding groove. Subsequently, a DNA minigene vaccine based on pCMV-F3Ub encoding for mutated ubiquitin (G76 to A76) and mTH3 was generated. Prophylactic and therapeutic efficacy of this vaccine was established following oral delivery using attenuated Salmonella typhimurium SL7207. Only mice immunized with mTH3 were free of spontaneous liver metastases. This effect was clearly dependant on ubiquitin and high affinity of the mTH epitopes to MHC class I. Specifically, we demonstrated a crucial role for minigene expression as a stable ubiquitin-Ala76 fusion peptide for vaccine efficacy. Interestingly, the unstable wild type ubiquitin-Gly76 vaccine was completely ineffective. The immune response following mTH3 DNA minigene vaccination was mediated by CD8+ T-cells as indicated by infiltration of primary tumors and TH specific cytolytic activity in vitro. Importantly, no infiltration was detectable in TH expressing adrenal medulla, indicating the absence of auto immunity. In summary, we demonstrate effective therapeutic vaccination against neuroblastoma with a novel rationally designed tyrosine hydroxylase minigene vaccine without induction of autoimmunity providing an important base line for clinical application of this strategy.

E3-Ubiquitin-Ligasen übertragen Ubiquitin auf die von ihnen gebundenen Substratproteine. Durch diese Ubiquitinierung werden Proteine für den kontrollierten Abbau im Ubiquitin-Proteasom-System markiert. Dieser Prozess beeinflusst aber auch die Aktivität verschiedener Signalwege, die Lokalisation von Proteinen oder die strukturelle Integrität zellulärer Komponenten. MuRF1, MuRF2 und MuRF3 sind E3-Ubiquitin-Ligasen, die hauptsächlich in quergestreifter Muskulatur exprimiert werden. Von MuRF1 ist bereits bekannt, dass es u. a. über die Ubiquitinierung von Myosinen und deren anschließender Degradation an der Entwicklung der Herz- und Skelettmuskelatrophie beteiligt ist. Da das Wissen über MuRF2 und MuRF3 in diesem Zusammenhang noch begrenzt ist, sollte die Auswirkung der kombinierten Keimbahndeletion von MuRF2 und MuRF3 in einem Mausmodell untersucht werden. Der Doppelknockout (DKO) von MuRF2 und MuRF3 führte zu Veränderungen der Morphologie und der Funktionsfähigkeit der Skelett- und Herzmuskulatur. In Skelettmuskelfasern kam es zur Ablagerung myosinhaltiger Proteinaggregate, zu einer Zunahme an langsam kontrahierenden Muskelfasern sowie zum Auftreten von Myozyten mit zentral gelegenen Nuclei als Anzeichen von Regenerationsprozessen. Isolierte Skelettmuskeln von DKO-Mäusen entwickelten eine geringere maximale spezifische Kraft als Muskeln aus Kontrolltieren. Ihre Herzen waren morphologisch unauffällig. Dennoch waren die Kontraktion des linken Ventrikels und das Schlagvolumen reduziert. Darüber hinaus zeigten isolierte Kardiomyozyten Beeinträchtigungen der Kontraktionsfähigkeit und der Kalziumströme in vitro. Eine massenspektrometrische Untersuchung ergab, dass in den Muskeln der MuRF2/3-DKO-Mäuse im Vergleich zu den Kontrollmäusen 12 Proteine in erhöhter Menge vorhanden waren. Eine Anreicherung von MAPKAP-K3, einem dieser Proteine, und von MAPKAP-K2 konnte im Western Blot von Proteinlysaten aus Skelettmuskeln und dem Herz der MuRF2/3-DKO-Mäuse detektiert werden. / E3 ubiquitin ligases attach the small modifier ubiquitin to their substrate proteins. This ubiquitin-tag not only marks proteins for the proteasome dependent degradation, but also influences the activity of signalling pathways, the localisation of proteins or the structural integrity of cellular components. MuRF1, MuRF2, and MuRF3 are E3 ubiquitin ligases predominantly expressed in striated muscles. MuRF1 is involved in cardiac and skeletal muscle atrophy by mediating proteasome-dependent degradation of myosins. The knowledge about MuRF2 and MuRF3 in this context is limited. Therefore, a mouse model was used to analyse the impact of the combined deletion of MuRF2 and MuRF3. The double knockout (DKO) of MuRF2 and MuRF3 influenced the structure and function of skeletal and cardiac muscle. Skeletal muscle fibres exhibited myosin-containing protein aggregates, a fibre-type shift towards slow fibres, and myoycytes with central nuclei which is an indication of regeneration. Maximal force development was reduced in isolated hindlimb muscles M. soleus and M. extensor digitorum longus of MuRF2/3-DKO mice. Hearts were morphologically normal. No protein aggregates or signs of fibrosis were detected. However, heart performance was impaired. The contractibility of the left ventricle and the ejection fraction were reduced. Isolated cardiomyocytes showed a diminished contractibility. Furthermore, their speed of contraction and relaxation was reduced and they had impaired calcium transients. Mass spectrometric analysis of muscle lysates identified 12 enriched proteins in MuRF2/3-DKO muscles. Western Blot analysis confirmed that MAPKAP-K3, one of these proteins, and MAPKAP-K2 were enriched in lysates of skeletal muscles and left ventricles of MuRF2/3-DKO mice. Further investigations will show how MAPKAP-K2- and MAPKAP-K3-signalling pathways are involved in the development of the MuRF2/3-DKO-phenotype.

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: Although antiretroviral treatment decreases HIV-AIDS morbidity/mortality, long-term effects include onset of insulin resistance and cardiovascular diseases. Increased oxidative stress and dysregulation of the ubiquitin-proteasome system (UPS) are implicated in protease-inhibitor (PI)-mediated cardio-metabolic pathophysiology. We hypothesized that PI treatment (Lopinavir/Ritonavir) elevates myocardial oxidative stress and concomitantly inhibits the UPS, thereby attenuating cardiac function. Lopinavir/Ritonavir was dissolved in 1% ethanol (vehicle) and injected into mini-osmotic pumps that were surgically implanted into Wistar rats for eight weeks vs. vehicle and sham controls. Subsequently, we evaluated metabolic parameters and heart function (ex vivo and in vivo methods) at baseline and following ischemia-reperfusion. PI-treated rats exhibited weight gain, increased serum LDL-cholesterol, higher tissue triglycerides (heart, liver), but no evidence of insulin resistance. It also upregulated hepatic gene expression of acetyl-CoA carboxylase β and 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-reductase, key regulators of fatty acid oxidation and cholesterol synthesis, respectively. Further, PI-treated hearts displayed impaired UPS, increased superoxide dismutase (SOD) activity and unaltered superoxide levels, and elevated peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator 1-α (PGC-1α) peptide levels. Perfusion data revealed contractile dysfunction at baseline and following ischemia-reperfusion, while post-ischemic hearts exhibited decreased ATPase specific activity vs. matched controls. Early changes initiated by PI treatment resemble the metabolic syndrome and reflect a pre-atherogenic profile. Moreover, the effects of PIs on cardiac contractile function may in part be triggered by impaired UPS activity together with strain on the mitochondrial energetic system. Our study alerts to cardio-metabolic side effects of PI treatment and raises the question of the most appropriate co-therapies for patients on chronic antiretroviral treatment. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Alhoewel anti-retrovirale behandeling MIV-VIGS morbiditeit/mortaliteit verlaag, bestaan daar langtermyn effekte soos die aanvang van insulienweerstandigheid en kardiovaskulêre siektes. Verhoogde oksidatiewe stres en wanregulering van die ubikwitien-proteosoomsisteem (UPS) word geïmpliseer met protease-inhibeerder (PI) gemediëerde kardio-metaboliese patofisiologie. Ons hipotetiseer dat PI behandeling (Lopinavir/Ritonavir) miokardiale oksidatiewe stres verhoog, en gevolglik die UPS inhibeer waardeur dit kardiale funksie verander. Lopinavir/Ritonavir is in 1% etanol (draer) opgelos en in ‘n mini-osmotiese pomp ingespuit wat chirurgies in Wistar rottes ingeplant is vir agt weke vs. draer en valskontroles. Gevolglik het ons die metabolise parameters en hartfunksie (ex vivo en in vivo metodes) op basislyn en na afloop van ischemie-reperfusie ondersoek. PI-behandelde rotte het ‘n toename in massa getoon asook verhoogde serum LDL-cholesterol, hoër weefseltrigliseriede (hart, lewer), maar geen bewys van insulienweerstandigheid nie. Dit het ook hepatiese asetielko-ensiem A karboksilase β en 3-hidrokise-3-metielglutariel KoA reduktase geenuidrukking opwaarts gereguleer, wat sleutel reguleerders van vetsuuroksidasie en cholesterolsintese onderskeidelik is. Verder, het PI-behandelde harte ingeperkte UPS, verhoogde SOD aktiwiteit en onveranderde superoksiedvlakke vertoon, asook verhoogde peroksisoomproliferator-geaktiveerde reseptor-γ ko-aktiveerder 1-α (PGC-1α) peptiedvlakke. Perfusie data toon kontraktiele wanfunskionering gedurende basislyn en na afloop van ischemie-reperfussie, terwyl post-ischemiese harte verlaagde ATPase spesifieke aktiwiteit vs gepaarde kontrole vertoon. Vroeë veranderinge wat deur PI behandeling veroorsaak word, kom ooreen met die metabolise sindroom en reflekteer op ‘n pre-aterogeniese profiel. Bowendien kan die effekte van PIs op kardiale kontraktiele funksie deels veroorsaak word deur die ingeperkte UPS aktiwiteit tesame met die las op die mitochondriale energie sisteem. Ons studie waarsku teen kardio-metaboliese newe effekte met PI behandeling en rig die vraag; wat die mees gepaste ko-behandeling vir pasiënte op chroniese anti-retrovirale behandeling is.