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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.
MutLα ist Bestandteil des Mismatch-Reparatur-Systems und spielt eine wichtige
Rolle bei der postreplikativen Reparatur von Kopierfehlern, der Detektion von DNASchäden
durch exogene Noxen und der Signalisierung von irreparablen DNALäsionen
an die Apoptosemaschinerie. MutLα setzt sich als Heterodimer aus MLH1
und PMS2 zusammen. Da sein Fehlen zur Entstehung von Krebs führt, werden
MLH1 und PMS2 zu den Tumorsuppressorproteinen gezählt.
Von vielen krebsassoziierten Proteinen, darunter p53, BRCA und c-Abl, ist bereits
bekannt, dass sie zwischen nukleärer und zytoplasmatischer Lokalisation wechseln.
Dagegen wurde MutLα in der Vergangenheit vorrangig in nukleärer Funktion und
Lokalisation wahrgenommen. Jedoch haben Brieger et al. kürzlich zahlreiche
Interaktionen mit zytoplasmatischen Proteinen aufgedeckt, was nahe legt, dass
MutLα möglicherweise auch wichtige zytosolische Aufgaben hat (Brieger et al.
2010a). Während der Import von MutLα in den Kern bereits aufgeklärt ist, gibt es
über den Export ins Zytosol bislang nur vage Kenntnisse. Hauptfokus dieser Arbeit
ist es deshalb, MutLα auf seine Fähigkeit zum nukleären Export zu untersuchen.
Wir konnten mithilfe eines von Henderson und Eleftheriou entwickelten in vitro
Export-Assays (Henderson, Eleftheriou 2000) zeigen, dass MutLα eine aktive
nukleäre Export-Sequenz im Bereich der Aminosäuren 578-595 von MLH1 besitzt.
Die gezielte Mutation von Leucinen in diesem Bereich veränderte die subzelluläre
Lokalisation von MutLα. Auch setzten solche Mutationen häufig die Stabilität und
die Mismatch-Reparatur-Aktivität des Proteins herab.
Die Untersuchung einer von Han et al. als pathogen beschriebenen Mutation in
diesem Bereich des MLH1-Gens, MLH1L582V (Han et al. 1995), zeigte, dass der
Defekt weder die Proteinstabilität noch die Reparatureigenschaft von MutLα
beeinträchtigte. Jedoch wies das veränderte Heterodimer eine eingeschränkte
Exportfähigkeit auf, sodass dieser Funktionsverlust ursächlich für die
Krebserkrankung des Mutationsträgers sein könnte.
