Refine
Document Type
- Article (2)
- Doctoral Thesis (1)
-
N-terminus of hMLH1 confers interaction of hMutL{alpha} and hMutL{beta} with hMutS{alpha}
(2003)
- Mismatch repair is a highly conserved system that ensures replication fidelity by repairing mispairs after DNA synthesis. In humans, the two protein heterodimers hMutS{alpha} (hMSH2-hMSH6) and hMutL{alpha} (hMLH1-hPMS2) constitute the centre of the repair reaction. After recognising a DNA replication error, hMutS{alpha} recruits hMutL{alpha}, which then is thought to transduce the repair signal to the excision machinery. We have expressed an ATPase mutant of hMutL{alpha} as well as its individual subunits hMLH1 and hPMS2 and fragments of hMLH1, followed by examination of their interaction properties with hMutS{alpha} using a novel interaction assay. We show that, although the interaction requires ATP, hMutL{alpha} does not need to hydrolyse this nucleotide to join hMutS{alpha} on DNA, suggesting that ATP hydrolysis by hMutL{alpha} happens downstream of complex formation. The analysis of the individual subunits of hMutL{alpha} demonstrated that the hMutS{alpha}–hMutL{alpha} interaction is predominantly conferred by hMLH1. Further experiments revealed that only the N-terminus of hMLH1 confers this interaction. In contrast, only the C-terminus stabilised and co-immunoprecipitated hPMS2 when both proteins were co-expressed in 293T cells, indicating that dimerisation and stabilisation are mediated by the C-terminal part of hMLH1. We also examined another human homologue of bacterial MutL, hMutL{beta} (hMLH1–hPMS1). We show that hMutL{beta} interacts as efficiently with hMutS{alpha} as hMutL{alpha}, and that it predominantly binds to hMutS{alpha} via hMLH1 as well.
-
Die hMutSa-hMutL-Interaktionen bei der Initiation der humanen Mismatch-Reparatur
(2002)
- Die Mismatch-Reparatur (MMR) ist ein hochkonserviertes Kontroll- und Korrektursystem für die Erbinformation. Ihre Hauptaufgabe liegt in der Behebung von Kopierfehlern unmittelbar nach der Replikation (postreplikative Reparatur). Mutationen in Genen der Mismatch-Reparatur (vor allem in hMLH1 und hMSH2) führen beim Menschen zum "Erblichen nicht-polypösen kolorektalen Karzinom", HNPCC (Hereditary non-polyposis colorectal cancer). Diese Erbkrankheit geht mit einem gesteigerten Risiko einher, an verschiedenen Karzinomen, vor allem des Kolons, zu erkranken. Obwohl zumindest in Escherichia coli alle an der Mismatch-Reparatur beteiligten Proteine bekannt sind, ist ihr biochemischer Mechanismus nach wie vor ungeklärt. Es existieren drei verschiedene Modellvorstellungen zum Reparaturablauf: das Translocation model, das Sliding clamp model und das DNA bending model. Um einer Klärung des Reparaturmechanismus näherzukommen, sollten in dieser Arbeit die Bindungen der humanen Mismatch-Reparaturproteine an DNA und ihre Interaktionen untereinander näher untersucht werden. Im Zentrum stand dabei die Interaktion der heterodimeren ATPase hMutSa (hMSH2-hMSH6) mit den ebenfalls heterodimeren ATPasen hMutLa (hMLH1-hPMS2) und hMutLß (hMLH1-hPMS1). Die Hauptfunktion von hMutSa ist bekannt: das Dimer ist in der Lage, DNA-Paarungsfehler zu erkennen und an sie zu binden. Die Funktion von hMutLa liegt wahrscheinlich in der Weiterleitung des Signals "Fehler erkannt" von hMutSa an die Reparaturmaschinerie. Somit kommt der Interaktion von hMutSa mit hMutLa eine wesentliche Bedeutung in der Initiation der Reparatur zu. Die Funktion von hMutLß ist noch unbekannt. Zur Analyse der hMutSa-hMutL-Interaktion wurde eine neue Methodik entwickelt, bei der DNA-Substrate an magnetische Partikel gebunden, diese mit Proteinlösungen inkubiert und die gebundenen Proteine anschließend mit Salzlösungen eluiert wurden. Hierdurch konnten die Bindungsstärken anhand der Salzresistenz differenziert werden und die Bindungsreaktionen nach ATP-Zugabe bei verschiedenen DNA-Substraten verfolgt werden. Es konnte gezeigt werden, daß hMutSa zwar nicht quantitativ mehr, aber fester an DNA-Paarungsfehler band als an fehlerfreie DNA-Oligoduplices. Die Bindung reagierte empfindlich auf die Zugabe von ATP: auf Homoduplex-DNA bewirkte ATP unter geeigneten Bedingungen einen vollständigen Bindungsverlust von hMutSa, während es an Heteroduplex-DNA auch in Gegenwart des Nukleotidtriphosphates gebunden blieb. Eine weitere Wirkung von ATP bestand darin, daß hMutSa hMutLa und hMutLß rekrutierte. Dies geschah allerdings nur, wenn ausreichend lange DNA-Substrate (>= 81 Basenpaare) verwendet wurden. Für hMutLa konnte außerdem eine eigene DNA-Bindungsfähigkeit, und zwar vorzugsweise an Einzelstrang-DNA, nachgewiesen werden. Beide Ergebnisse zusammen genommen legen nahe, daß hMutSa und hMutLa nur interagieren können, wenn beide gleichzeitig an DNA gebunden sind. Obwohl nach bisherigen Erkenntnissen hMutLa, aber nicht hMutLß die Mismatch-Reparatur unterstützen kann, interagierte hMutLß ebensogut mit hMutSa. Dies läßt im Zusammenhang mit weiteren Ergebnissen vermuten, daß hMutLß eine modulierende Funktion in der MMR besitzen könnte. Alternativ könnte die hMutSa-hMutLß-Interaktion bei noch nicht charakterisierten anderen Prozessen von Bedeutung sein. Die weitere Untersuchung der Interaktion ergab, daß diese wahrscheinlich nicht von der ATP-Hydrolyse abhängt, sondern allein durch die Bindung des Nukleotidtriphosphates zustande kommt. Darüber hinaus spielen die ATPasen von hMutLa keine Rolle bei der Interaktion, da das Protein auch dann noch die Bindung einging, wenn seine Nukleotidbindungsstellen gezielt mutiert worden waren. Die Untersuchung zeigte außerdem, daß nur die hMutL-Untereinheiten hMLH1 und (in geringem Ausmaß) hPMS1 ATP-abhängig mit hMutSa interagierten, während hPMS2 alleine keine Bindung zeigte. Die sich daran anschließende Untersuchung von Fragmenten des hMLH1-Proteins erlaubte die Eingrenzung der Interaktionszone. hMutLa kontaktiert hMutSa demzufolge mit einem Proteinbereich, der innerhalb des N-Terminus von hMLH1 liegt. Zusammenfassend wird aufgrund der vorliegenden Ergebnisse für das DNA bending model der Mismatch-Reparatur plädiert. Dessen Reparaturablauf wird abschließend unter Berücksichtigung der vorliegenden Daten geschildert. In einem separaten Kapitel der Arbeit wird über die Identifizierung und Charakterisierung einer neuen Spleißmutation des humanen PTEN-Gens berichtet. Diese Mutation wurde bei einer Patientin mit dem Cowden-Syndrom, einem weiteren erblichen Krebssyndrom, nachgewiesen.
-
C-terminal fluorescent labeling impairs functionality of DNA mismatch repair proteins
(2012)
- The human DNA mismatch repair (MMR) process is crucial to maintain the integrity of the genome and requires many different proteins which interact perfectly and coordinated. Germline mutations in MMR genes are responsible for the development of the hereditary form of colorectal cancer called Lynch syndrome. Various mutations mainly in two MMR proteins, MLH1 and MSH2, have been identified so far, whereas 55% are detected within MLH1, the essential component of the heterodimer MutLα (MLH1 and PMS2). Most of those MLH1 variants are pathogenic but the relevance of missense mutations often remains unclear. Many different recombinant systems are applied to filter out disease-associated proteins whereby fluorescent tagged proteins are frequently used. However, dye labeling might have deleterious effects on MutLα's functionality. Therefore, we analyzed the consequences of N- and C-terminal fluorescent labeling on expression level, cellular localization and MMR activity of MutLα. Besides significant influence of GFP- or Red-fusion on protein expression we detected incorrect shuttling of single expressed C-terminal GFP-tagged PMS2 into the nucleus and found that C-terminal dye labeling impaired MMR function of MutLα. In contrast, N-terminal tagged MutLαs retained correct functionality and can be recommended both for the analysis of cellular localization and MMR efficiency.
