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Bibliographic Metadata

Title
Molecular and cellular investigations of the regulatory role of CD222 in cell signaling and protein transport / submitted by Karin Pfisterer
Additional Titles
Molekulare und zelluläre Untersuchung der regulatorischen Rolle von CD222 in den zellulären Signalwegen und dem Proteintransport
AuthorPfisterer, Karin
CensorLeksa, Vladimir
Published2014
Description114 Bl. : graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2014
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
http://www.jimmunol.org/content/193/6/2718.long; http://www.jbc.org/content/287/27/22450.long
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)CD222 / Lck / T-Zell-Aktivierung / T-Zell-Signaltransduktionskaskade / Proteintransport / Plasminogen / Fibrinolyse
Keywords (EN)CD222 / Lck / T cell signaling / T cell activation / protein transport / plasminogen / fibrinolytic system
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-14784 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Molecular and cellular investigations of the regulatory role of CD222 in cell signaling and protein transport [12.4 mb]
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Classification
Abstract (German)

CD222, welches auch als Kation-unabhängiger Mannose 6-Phosphat/Insulinähnlicher Wachstumsfaktor 2 Rezeptor bekannt ist, ist eine der Hauptkomponenten endosomaler Transportwege. CD222 befördert einerseits lysosomale Proteine aus dem trans-Golgi-Netzwerk zum lyosomalen Kompartment und andererseits transportiert CD222 Proteine von der Plasmamembran zu den Lysosomen im inneren der Zelle.

Die räumliche und zeitliche Organisation der T-Zell-Signalmoleküle ist ein entscheidender Schritt bei der Kontrolle der T-Zell-Aktivierung und zur Vermeidung von unerwünschten überreaktiven T-Zell-Antworten. Nach Aktivierung von T-Zellen wird die Expression von CD222 auf der Plasmamembran hochreguliert. Die biologische Relevanz dieser Membranakkumulation ist jedoch noch unbekannt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnten wir zeigen, dass CD222 unabdingbar für die erfolgreiche Weiterleitung von T-Zell-Rezeptor Stimuli ist, welche sich ausgehend von der Zelloberfläche Richtung Kern fortpflanzen und Effektorfunktionen der T-Zelle zur Folge haben. Die lentivirale Reduktion von CD222 mittels interferierender RNA führte zu einer verminderten zellulären Mobilisation von Kalzium und der reduzierten Expression und Sekretion von Zytokinen. Mittels massenspektrometrischer Analysen konnten wir sowohl Lck als auch CD45 als mögliche Interaktionspartner für CD222 identifizieren. Die Reduktion von CD222 resultierte in der intrazellulären Akkumulation von Lck in Jurkat T-Zellen und zu einer verminderten Präsenz an der Plasmamembran. Ferner begünstigte die Reduktion von CD222 die Bildung hochmolekularer Komplexe, welche Lck, CD45 und den frühen endosomalen Marker EEA1 beinhalteten. Dadurch bedingt war Lck in unstimulierten Zellen häufiger in seiner inaktiven Form zu finden, wodurch die durch Stimulierung induzierte T-Zellen-Rezeptor Signaltransduktion nicht effektiv gestartet werden konnte. Zusammenfassend beschreiben wir eine bis jetzt noch unbekannte Rolle von CD222 in der proximalen T-Zell-Signaltransduktionskaskade. CD222 kontrolliert somit die räumlichen Verteilung von Lck - eines der wichtigsten proximalen Kinasen in der T-Zellaktivierung. CD222 reguliert somit die Interaktion von Lck mit CD45 an der Plasmamembran wodurch das Gleichgewicht zwischen aktiven und inaktiven Lck Molekülen erhalten wird.

Die Internalisierung und der intrazelluläre Abbau von externen Molekülen ist eine elegante Art um die Verfügbarkeit von extrazellulären Molekülen und Substanzen zu regulieren. Dabei müssen die endozytischen und endosomalen Transportwege strikt kontrolliert werden, um einen gerichteten Transport zu gewährleisten. Der zweite Teil dieser Doktorarbeit identifiziert und beschreibt CD222 als einen entscheidenden Kontrolleur der Plasminogen-Aktivierungskaskade an der Zelloberfläche.

Diese Kaskade ist für den Abbau von Fibrin verantwortlich und daher von entscheidender Bedeutung für viele zelluläre Prozesse, wie zum Beispiel die Migration von Zellen. Es wurde gezeigt, dass CD222 mit wichtigen zellmembranständigen Komponenten der Plasminogen-Aktivierungskaskade, wie z.B. dem Urokinase-Typ Plasminogen-Aktivator Rezeptor, aber auch Plasminogen und aktivem Plasmin selbst, interagiert. Wir konnten zeigen, dass das Fehlen von CD222 eine verminderte Internalisierung von Plasminogen zur Folge hatte, während die Rekonstituierung von CD222 den Grundzustand wiederherstellte. Interessanterweise konnte ein Peptid, welches die CD222-Plasminogen-Bindungsstelle widerspiegelt, die Aufnahme von Plasminogen erhöhen. Ferner führte die reduzierte Expression von CD222 in menschlichen Zelllinien zu einer erhöhten Aktivierung von Plasminogen. Somit induziert CD222 die Endozytose von Plasmamembran-gebundenen Plasminogen, wodurch die Aktivierung von Plasminogen gehemmt wird und eine Kontrolle des fibrinolytischen Systems ermöglicht wird.

Diese Ergebnisse werden hier durch unsere veröffentlichten Arbeiten, in denen ich die Erst- und Zweitautorin bin, dokumentiert.

Abstract (English)

CD222, also known as the cation-independent mannose 6-phosphate/insulin-like growth factor 2 receptor, is one of the central components of endosomal transport pathways. CD222 is well known to transport its cargo proteins from the trans-Golgi network as well as from the plasma membrane to lysosomes.

The spatial and temporal organization of T cell signaling molecules is a crucial step in controlling T cell activation and preventing overwhelming, rampant T cell responses. Upon T cell activation, CD222 expression is highly upregulated on the plasma membrane, yet the biological relevance of this membrane accumulation still remains elusive. In the first part of my thesis I show that CD222 is critical for the successful transmission of stimulatory signals starting from the plasma membrane-bound T cell receptor complex and proceeding to the nucleus. We have found that T cells with silenced CD222 expression responded with diminished cellular calcium flux upon T cell receptor engagement. Further, reduced levels of CD222 resulted in decreased cytokine production and secretion. Via mass spectrometric analysis we have identified Lck and CD45 as interaction partners for CD222.

Silencing of CD222 lead to the intracellular accumulation of Lck, resulting in diminished surface localization. Further, silencing of CD222 favored the buildup of high-molecular weight complexes containing Lck, CD45 and the early endosomal antigen 1. As a consequence, Lck was more abundant in its inactive form in resting T cells and T cell receptor induced signal transduction could not be successfully started upon stimulation. Taken together, our data uncover a yet undescribed role of CD222 in proximal T cell signaling via directing the spatial distribution of the crucial kinase Lck. CD222 orchestrates the interaction of Lck and CD45 at the plasma membrane, resulting in equilibrated levels of active and inactive Lck molecules mandatory for operative T cells.

Internalization and intracellular degradation of external molecules is an elegant mode of regulating the accessibility and availability of extracellular molecules. Endocytic and endosomal transport pathways have to be tightly controlled to ensure a directed transportation. In the second part of my thesis I show that CD222 controls the plasminogen activation cascade at the cell surface via the regulation of protein endocytosis. This cascade is responsible for fibrin degradation and therefore vital for many cellular processes, like cell migration. CD222 has been reported to be associated with important cell surface-expressed components of the plasminogen activation cascade, like the urokinase-type plasminogen activator receptor, but also plasminogen and active plasmin itself. We showed that the lack of CD222 resulted in diminished plasminogen internalization, whereas reconstitution of CD222 rescued this phenotype suggesting that CD222 induced the endocytosis of plasminogen present at the plasma membrane. Interestingly, a peptide derived from CD222's plasminogen binding site enhanced the uptake of plasminogen. Further, CD222 silencing in human cell lines increased plasminogen activation. Consequently, CD222 can inhibit the activation of plasminogen at the plasma membrane via internalization of this molecule and thus controls the fibrinolytic system.

These results are documented herein by our published works in which I am the first and the second author, respectively.

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