Regulace fosforylace MAP2c pomocí GSK3 beta po aktivaci různými kinázami a vliv fosforylace na její interakce.

Bc. Róbert Šándor

Master's thesis

Regulation of MAP2c phosphorylation by GSK3 beta after priming by different kinases and effect of phosphorylation on its interactions.

Abstract:

Cytoskeletální proteiny asociované s mikrotubuly (MAPs) regulují stabilitu a dynamiku mikrotubulů. Uvnitř neuronů se výskyt různých MAPs liší. Tau, spojovaný s patologií Alzheimerovy choroby, je přítomen především v axonech, zatímco mikrotubuly-vázající protein 2 (MAP2) se nachází v buněčných tělech a dendritech. Tau i MAP2 jsou klasifikovány jako vnitřně neuspořádané proteiny (instrinsically disordered proteins, IDPs) a hrají zásadní roli ve vývoji neuronů. Uvnitř živých buněk podléhají častým posttranslačním modifikacím, zejména fosforylacím různými proteinkinázami. Ukázalo se, že fosforylace ve specifických částí jejich sekvencí má velký vliv na jejich strukturní a funkční vlastnosti. V této práci využíváme NMR spektroskopii ke zkoumání fosforylace juvenilní formy MAP2, MAP2c, glykogen syntázou kinázou 3β (GSK3β). Dále jsme pozorovali vliv předchozí fosforylace MAP2c cAMP-dependentní proteinkinázou A (PKA) a extracelulárním signálem regulovanou kinázou 2 (ERK2). GSK3β fosforyluje MAP2c převážně v C-terminální oblasti. Předchozí fosforylace kinázami PKA i ERK2 podstatně zvýšil aktivitu GSK3β na C-terminální oblasti a v oblasti bohaté na prolin, a to zvýšením rychlosti fosforylace specifických serinových a threoninových zbytků. Kromě toho umožnila předchozí fosforylace GSK3β pomocí PKA a ERK2 přístup GSK3β k novým fosforylačním místům v MAP2c. Dále jsme zkoumali interakci MAP2c s N-koncovou doménou apolipoproteinu E3 (ApoE3) a sledovali vliv fosforylace MAP2c GSK3β na tuto interakci. Za našich podmínek jsme nepozorovali žádnou interakci mezi nefosforylovaným MAP2c a ApoE3. Fosforylace MAP2c pomocí GSK3β však ukázala, že GS3β fosforylovaný MAP2c interaguje s ApoE3, i když s poměrně nízkou afinitou

Abstract:

Cytoskeletal microtubule-associated proteins (MAPs), regulate the stability and dynamics of microtubules. Inside neurons, occurrence of various MAPs differs. Tau, associated with the pathology of Alzheimer’s disease is present mostly in axons, whereas microtubule-associated protein 2 (MAP2) is found in cell bodies and dendrites. Both Tau and MAP2 are classified as intrinsically disordered proteins (IDPs) and play a vital role in neuronal development. Inside the living cells, they are subject to frequent post-translational modifications, in particular phosphorylation by various protein kinases. Site-specific phosphorylation showed to have a great impact their structural and functional properties. In this work, we utilise NMR spectroscopy to investigate phosphorylation of the juvenile form of MAP2, MAP2c, by glycogen synthase kinase 3β (GSK3β). Furthermore, we determine the effect of prior phosphorylation of MAP2c by cAMP-dependent protein kinase A (PKA) and extracellular signal-regulated kinase 2 (ERK2). GSK3β phosphorylates MAP2c mainly in the C-terminual region at highly similar rates. Priming by both PKA and ERK2 substantially enhanced the activity of GSK3β at the C-terminus and proline-rich region, respectively, by increasing the rates of phosphorylation of specific serine and threonine residues. Furthermore, priming of GSK3β by the PKA and ERK2 enabled GSK3β to access new phosphorylation sites in MAP2c. Moreover, we probed the interaction of MAP2c with the N-terminal domain of apolipoprotein E3 (ApoE3) and observed the effect of phosphorylation of MAP2c by GSK3β on the interaction. Under our conditions, we did not observe any interaction between the unphosphorylated MAP2c and ApoE3. However, phosphorylation of MAP2c by GSK3β showed that GS3β-phosphorylated MAP2c interacts with ApoE3, although with rather low affinity

Keywords

microtubule-associated protein 2c, fosforylace, glykogen syntáza kinaáza 3β, protein kináza A, extracelulárním signálem regulovaná kináza 2, apolipoprotein E3, nukleární magnetická rezonance, phosphorylation, glycogen synthase kinase 3β, protein kinase A, extracellular signal-regulated kinase 2, nuclear magnetic resonance

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 18. 6. 2024
• Supervisor: PhD. Séverine Jansen
• Reader: Ing. Blanka Pekárová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular chemistry