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Das Protein p21 (Cip1/Waf1/Sdi1), ein Mitglied der Familie der Cyclin abhängigen Kinasen-Inhibitoren, ist ein wichtiger Modulator des Zellwachstums und der Reaktion auf DNA-Schädigung. Die Funktion von p21 hängt von der Stabilität des Proteins ab. p21 ist besonders stabil in der Phase G0/G1 des Zellzyklus. Phoshorylierungsvorgänge sowie Interaktionen mit anderen Proteinen spielen in der Stabilität von Proteinen eine wichtige Rolle. Ziel der vorliegenden Arbeit war, herauszufinden, ob die Phosphorylierung von p21 durch die Proteinkinase AKT oder die durch diese Phosphorylierung beeinflusste Interaktion mit dem Proliferating cell nuclear antigen, kurz PCNA, einen Einfluß auf die Stabilität von p21 hat. Mittels Proteinhalbwertszeitbestimmung konnte demonstriert werden, daß die Phosphorylierung am Threonin 145 durch AKT keinen signifikanten Einfluß auf die Stabilität von p21 aufwies. Durch Pulse chase und Westem-Blot Versuche konnte aber nachgewiesen werden, daß die Anwesenheit von PCNA das Protein p21 stabilisierte und die Degradation beeinflusste. Es konnte mittels p21 Mutanten, deren PCNA- Bindung durch Austausch der Aminosäure (M147) inhibiert ist, gezeigt werden, daß nur eine direkte Bindung von PCNA an p21 die Degradation beeinflussen konnte. Die Bestimmung der subzellulären Lokalisation von p21, die zur weiteren Abklärung der erhöhten p21-Stabilität durch PCNA diente, zeigte in Immunopräzipitationsversuchen nach subzellulärer Fraktionierung eine Interaktion von p21 mit PCNA vorwiegend im Zytoplasma. Dies ließ sich auch durch Immunofluoreszenzuntersuchungen bestätigen. Schließlich zeigten die Untersuchungen, daß die subzelluläre Lokalisation von der direkten Bindung an PCNA abhängig war. Zusammenfassend zeigte die Arbeit auf, daß die Stabilität von p21 durch seinen Bindungspartner PCNA beeinflusst werden konnte, und dies vermutlich durch subzelluläre Translokation erfolgt.
Glycogen synthase kinase-3 couples AKT-dependent signaling to the regulation of p21Cip1 degradation
(2002)
Signaling via the phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/AKT pathway is crucial for the regulation of endothelial cell (EC) proliferation and survival, which involves the AKT-dependent phosphorylation of the DNA repair protein p21(Cip1) at Thr-145. Because p21(Cip1) is a short-lived protein with a high proteasomal degradation rate, we investigated the regulation of p21(Cip1) protein levels by PI3K/AKT-dependent signaling. The PI3K inhibitors Ly294002 and wortmannin reduced p21(Cip1) protein abundance in human umbilical vein EC. However, mutation of the AKT site Thr-145 into aspartate (T145D) did not increase its protein half-life. We therefore investigated whether a kinase downstream of AKT regulates p21(Cip1) protein levels. In various cell types, AKT phosphorylates and inhibits glycogen synthase kinase-3 (GSK-3). Upon serum stimulation of EC, GSK-3beta was phosphorylated at Ser-9. Site-directed mutagenesis revealed that GSK-3 in vitro phosphorylated p21(Cip1) specifically at Thr-57 within the Cdk binding domain. Overexpression of GSK-3beta decreased p21(Cip1) protein levels in EC, whereas the specific inhibition of GSK-3 with lithium chloride interfered with p21(Cip1) degradation and increased p21(Cip1) protein about 10-fold in EC and cardiac myocytes (30 mm, p < 0.001). These data indicate that GSK-3 triggers p21(Cip1) degradation. In contrast, stimulation of AKT increases p21(Cip1) via inhibitory phosphorylation of GSK-3.