MAGE (Melanoma-associated AntiGEn) proteiny: kofaktory buněčných procesů

Mgr. Lucie Bozděchová, Ph.D.

Doctoral thesis

MAGE (Melanoma-associated AntiGEn) proteins: cofactors of cell processes

Abstract:

SMC (Structural maintenance of chormosome) komplexy jsou konzervované napříč všemi organizmy a podílejí se na organizaci a kompaktnosti chromozomů. Jsou složené z SMC proteinů a tzv. non-Smc podjednotek. Jeden z těchto komplexů, Smc5/6, obsahuje proteiny Nse1, Nse3 a Nse4, které tvoří těsný subkomplex. Savčím orthologem proteinu Nse3 je MAGEG1, člen rodiny MAGE (Melanoma-associated antigen) proteinů. MAGE proteiny tvoří vysoce konzervovanou rodinu proteinů, jejichž společným rysem je přítomnost MAGE homologní domény (MHD). U placentálních savců došlo k velkému rozvoji této rodiny, zatímco u ostatních eukaryot najdeme pouze jediného zástupce, Nse3/MAGEG1. Na základě jejich specifické exprese a sekvenční konzervovanosti MHD domény můžeme savčí MAGE proteiny rozdělit do dvou podskupin: MAGE typ I (MAGE A, B, C) zahrnuje proteiny specificky exprimované v nádorových buňkách, dále v placentě, varlatech a embryích. Tato skupina proteinů je intenzivně zkoumána díky jejich velkému potenciálu v protinádorové imunoterapii. MAGE typ II proteiny jsou exprimovány v širokém spektru tkání a hrají roli v různých buněčných procesech, jako je regulace buněčného cyklu, apoptóza či diferenciace neuronů. Interakčními partnery Nse3 proteinu jsou Nse1 a Nse4. Nse1 obsahuje RING doménu a vykazuje E3-ubiquitin ligázovou aktivitu. Podobně jako se z Nse3 podjednotky u savců vyvinula rodina MAGE proteinů, tak se z Nse4 vyvinula rodina transkripčních represorů, paralogní EID proteiny (E1A-like inhibitor of differentiation). Tato dizertační práce se zabývá evolucí a funkcemi Nse3 a MAGE proteinů. Na jedné straně se zaměřuje na interakce mezi rodinami MAGE a EID proteinů a regulaci transkripční aktivity EID, na druhé straně hledá nové interakční partnery v rozsáhlé skupině RING proteinů a zkoumá vliv MAGE proteinů na jejich ubiquitinační aktivitu. Naše studie ukázaly, že jsou MAGE proteiny zapojeny jak do regulace transkripce, tak mohou fungovat při stimulaci ubiquitin ligázové aktivity RING proteinů. V případě stimulace ubiquitinace je důležitá vazba mezi MAGE a RING proteiny. Jedinou dvojicí vykazující charakteristiky podobné dvojici NSE1-NSE3/MAGEG1, byla TRIM31-MAGEA1. Kromě toho také TRIM31 interaguje s NSE4, což naznačuje, že komplex TRIM31-MAGEA1-NSE4 se mohl vyvinout z ancestrálního komplexu NSE1-NSE3-NSE4. Z našich výsledků a také z výsledků jiných autorů vyplývá, že MAGE proteiny jsou zapojeny do řady bilogických drah a mohou působit jako kofaktory různých buněčných procesů.

Abstract:

The SMC (Structural maintenance of chromosome) complexes are conserved through all organisms. They are key players in chromosome structure organization and maintenance. These complexes are composed of the SMC proteins and non-Smc subunits. One of these complexes is Smc5/6 and contains Nse1, Nse3 and Nse4 subunits which form a tight subcomplex. The mammalian ortholog of Nse3 protein is MAGEG1, founding member of the MAGE (Melanoma-associated antigen) protein family. The MAGE proteins are highly conserved and share common MAGE homology domain (MHD). This family has specifically evolved in placental mammals, while there is only one Nse3/MAGEG1 member in other eukaryotes. The MAGE proteins can be divided according to their tissue expression and amino acid sequence conservation of MHD into two groups: the MAGE type I (MAGE A, B, C) proteins are specifically expressed in cancer cells, placenta, testis and embryonal cells. These proteins have great potential in imunnotherapy. The MAGE type II proteins are widely expressed in normal cells and they are involved in various cellular processes like cell cycle regulation, apoptosis, or neuronal differentiation. Nse3 proteins interact with Nse1 and Nse4 partners within the SMC5/6 complex. The Nse1 protein contains RING domain and exhibits E3-ubiquitin ligase activity. The paralogs of Nse4, EID (E1A-like of differentiation) proteins, have evolved specifically in placental mammals (similar to MAGE proteins), where they may function as transcriptional repressors. In this PhD thesis, evolution and function of the Nse3 and MAGE proteins was studied in depth. On one hand, it focuses on the interactions between MAGE and EID proteins and their effect on transcriptional activity of EID. On the other hand, it searches for new interaction partners amongst the RING proteins and explores impact of MAGE binding onto ubiquitination activity of their interacting RING partners. Our results show, that the MAGE proteins are involved in EID transcription regulation and that they can stimulate ubiquitination activity of RING proteins. We show, that specific MAGE-RING binding mode is critical for stimulation of ubiquitination activity. The only partners that share common features with NSE1-NSE3/MAGEG1 are TRIM31-MAGEA1. TRIM31 also interacts with NSE4, suggesting that TRIM31-MAGEA1-NSE4 complex may have evolved from ancestral NSE1-NSE3-NSE4 complex. Our results and the results of other authors shows that the MAGE proteins are involved in different biological pathways and can play an important role as cofactors of cell processes.

Keywords

SMC komplexy, Smc5/6 komplex, Nse1-Nse3-Nse4 trimer, MAGE proteiny, RING-finger proteiny, TRIM proteiny, EID, TRIM31-MAGEA1-NSE4 trimer, regulace transkripce, ubiquitinace, SUMOylace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 9. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 24. 10. 2016
• Supervisor: doc. Mgr. Jan Paleček, Dr. rer. nat.
• Reader: MUDr. Petr Müller, Ph.D., RNDr. Karel J. Angelis, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Genomics and Proteomics