The GID-complex is a novel ubiquitin ligase involved in the regulation of adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) and the function of the primary cilium : [kumulative Dissertation]

Abstract

Die AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) reguliert die zelluläre Energiehomöostase, indem der metabolische Status der Zelle erfasst wird. AMPK wird durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung als Ergebnis der Änderung der ADP/ATP- und AMP/ATP-Spiegel und durch Entfernung von inhibierenden Ubiquitinresten durch USP10 reguliert. In diesem Zusammenhang haben wir den GID-Komplex, einen evolutionär konservierten Ubiquitin-Ligase-Komplex (E3), als negativen Regulator der AMPK-Aktivität identifiziert. Unsere Daten zeigen, dass der GID-Komplex die AMPK ubiquitiniert und dadurch ihre Aktivität verändert. Zellen, die in GID-Untereinheiten depletiert sind, ahmen einen Zustand des Hungerns nach, was durch erhöhte AMPK-Aktivität und autophagischen Fluss sowie eine verringerte mTOR-Aktivierung gezeigt wird. In C. elegans führt der Knockdown von gid-Genen zu einer erhöhten Lebensdauer von Organismen. Diese Studie kann zum Verständnis von Stoffwechselstörungen wie Diabetes mellitus Typ 2 und krankhafter Fettleibigkeit beitragen und trägt alternative therapeutische Ansätze zur Änderung der AMPK-Aktivität bei. Zusätzlich fanden wir, dass sich der GID-Komplex teilweise am Basalkörper des primären Ziliums befindet. Funktionsverlust des GID-Komplex schwächt die Reaktion des Sonic Hedgehog Signalwegs ab und gibt uns eine neue Vorstellung über einen möglichen Mechanismus der SHH-Signal-Ziliopathien.

The AMP-activated protein kinase (AMPK) regulates cellular energy homeostasis by sensing the metabolic status of the cell. AMPK is regulated by phosphorylation and dephosphorylation as a result of changing ADP/ATP and AMP/ATP levels and by removal of inhibitory ubiquitin residues by USP10. In this context, we identified the GID-complex, an evolutionarily conserved ubiquitin-ligase-complex (E3), as a negative regulator of AMPK activity. Our data show that the GID-complex targets AMPK for ubiquitination thereby altering its activity. Cells depleted of GID-subunits mimic a state of starvation as shown by increased AMPK activity and the downstream autophagic flux. Consistently, gid-genes knockdown in C. elegans results in increased organismal lifespan. This study may contribute to understand metabolic disorders like type 2 diabetes mellitus and morbid obesity and implements alternative therapeutic approaches to alter AMPK activity. In addition, we found that the GID-complex partially localizes at the basal body of primary cilia. Loss-of-function of the GID-complex attenuates the response of Sonic Hedgehog signaling pathway, giving us a novel idea about the potential mechanism of SHH signal related ciliopathies.