Purification and Functional Characterization of Recombinant Human ADAM8 protease

From recent studies in different tumor entities it became apparent that the membrane-anchored metalloprotease-disintegrin ADAM8 plays an active role in tumor progression and consequently in patient prognosis. It is therefore desirable to understand the functional role of ADAM8 in vitro by characteri...

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Gespeichert in:
1. Verfasser: Xiangdi Yu
Beteiligte: Bartsch, Jörg W. (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2015
Medizin
Ausgabe:http://dx.doi.org/10.17192/z2015.0272
Schlagworte:
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ADAM8
CD23
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CT1746
ADAM8
Medizin, Gesundheit
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Fibronectin
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CD23
CD23
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ADAM8
Medizin, Gesundheit
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Fibronectin
Fibronectin
BB-94
Purification and Functional Characterization of Recombinant Human ADAM8 protease
In einer Reihe von klinischen Studien wurde nachgewiesen, dass die membranständige Metalloprotease ADAM8 eine Rolle bei der Tumorprogression spielt und eine erhöhte ADAM8-Expression mit einer verschlechterten Patientenprognose einhergeht. Es ist daher notwendig, die Rolle der ADAM8-Aktivität in vitro zu verstehen. In dieser Arbeit sollte daher die lösliche Variante von ADAM8, die Ektodomäne (hEctoA8), aufgereinigt und funktionell charakterisiert warden. Diese besteht aus der Prodomäne, der Metalloprotease-Domäne (MP), der Disintegrin-Domäne (DIS), der Cystein-reichen Domäne (Cys) and der EGF-artigen Domäne (EGF). Die autokatalytische Entfernung der Prodomäne führt zur aktiven Protease. Wie das gesamte ADAM8-Molekül auch, enthält das rekombinanten Protein hEctoA8 die für Metzinkine charakteristische Konsensus-Sequenz “HEXXHXXGXXHD” in der MP-Domäne und sollte daher proteolytische Aktivität besitzen. Bis heute war es nur schwer möglich, funktionelle Studien mit ADAM8 in vitro durchzuführen, da nicht genügend rekombinantes Protein mit biologischer Aktivität zur Verfügung stand. In dieser Arbeit wurde das rekombinante humane ADAM8 als hEctoA8 erfolgreich aus Überständen von stabil transfizierten und selektionierten HEK293 Zellen aufgereinigt. Das so gewonnene Protein hEctoA8 besitzt eine hohe katalytische Aktivität und kann in einem FRET-basierten Assay ein Fluoreszenz-gequenchtes Peptid spalten, das der ADAM8-Spaltstelle im niedrig-affinen IgE Rezeptor CD23 nachempfunden ist. Interessanterweise wird auch intaktes membranständiges CD23 von der Oberfläche stabiler CD23-exprimierender Zellen in Fragmente von 37, 33, 25 and 16 kDa abgespalten, womit erstmalig eine Susbtratspaltung in trans nachgewiesen wurde. Weiterhin wurden die ADAM8-Spaltstellen für das extrazelluläre Matrixprotein Fibronectin (FN) charakterisiert. Es entstanden dabei 9 FN-Fragmente von unterschiedlichem Molekulargewicht. Ein FN-Fragment mit einem Molekulargewicht von 38 kDa war dabei besonders interessant, da es so genannte Zellbindungsdomänen sowie ein RGD-Motiv enthält. Durch die ADAM8-abhängige Spaltung dieses Fragments kann man davon ausgehen, dass eine durch FN vermittelte Zelladhäsion verloren gehen sollte. Diese Hypothese wurde durch Pankreas-Tumorzellen Panc1 überprüft, bei denen eine ADAM8-abhängige Zelladhäsion auf FN mit und ohne vorherigen Verdau gemessen wurde. Es konnte gezeigt werden, dass der Verdau von Fibronektin durch ADAM8 die Zelladhäsion signifikant reduzierte. Die Expression des daran beteiligten Fibronektin-Rezeptors 5 1 wurde auf Proteinebene untersucht und dabei gezeigt, dass spezifisch die Integrin 5-Untereinheit vermindert ist, während die Integrin 1-Untereinheit nicht verändert ist. Auch die vom Fibronektin-Rezeptor abhängige Signalkaskade, an der unter anderem die Kinasen p-ERK1/2 und p-Akt beteiligt sind, zeigt keine Änderungen im Aktivierungsstatus, sodass man daraus schliessen kann, dass die von ADAM8 vermittelte Degradation von FN direkt über die Regulation der Integrin 5-Untereinheit zu einer verminderten Zelladhäsion führt.
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publisher Philipps-Universität Marburg
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description From recent studies in different tumor entities it became apparent that the membrane-anchored metalloprotease-disintegrin ADAM8 plays an active role in tumor progression and consequently in patient prognosis. It is therefore desirable to understand the functional role of ADAM8 in vitro by characterizing the soluble extracellular part of ADAM8, which is called the ADAM8 ectodomain. The human ectodomain ADAM8 (hEctoA8) protein consists of the prodomain, metalloprotease domain (MP), a disintegrin domain (DIS), a cysteine-rich domain (Cys) and a EGF-like domain (EGF), whilst removal of the prodomain by autocatalysis leads to the active form of hEctoA8. Like the full-length ADAM8, hEctoA8 contains the catalytic consensus sequence HEXXHXXGXXHD in the metalloprotease domain and is therefore predicted to be proteolytically active. Up to now, functional studies on ADAM8 in vitro were hampered by the lack of sufficient quantities of folded, biologically active, and purified recombinant forms of hEctoA8. In our study, we successfully purified the recombinant hEctoA8 protein from supernatants of transfected HEK cells. Purified recombinant hEctoA8 containing the catalytic function of ADAM8 can cleave CD23 in cells in trans and FN in vitro; CD23 cleavage resulted in fragments of 37, 33, 25 and 16 kDa and FN cleavage by recombinant hEctoA8 resulted in 9 fragments, one fragment of 38 kDa contains a RGD motif essential for cell adhesion. Functionally, ADAM8-dependent cell adhesion of pancreatic tumor cells Panc1 was affected by FN cleavage and resulted in reduced cell adhesion. Concomitantly, a decreased expression of integrin α5; was found, whereas cleavage of FN by recombinant hEctoA8 had no effect on the expression levels of integrin β1, and on the activation of p-ERK1/2 and p-Akt.
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Wie das gesamte ADAM8-Molekül auch, enthält das rekombinanten Protein hEctoA8 die für Metzinkine charakteristische Konsensus-Sequenz “HEXXHXXGXXHD” in der MP-Domäne und sollte daher proteolytische Aktivität besitzen. Bis heute war es nur schwer möglich, funktionelle Studien mit ADAM8 in vitro durchzuführen, da nicht genügend rekombinantes Protein mit biologischer Aktivität zur Verfügung stand. In dieser Arbeit wurde das rekombinante humane ADAM8 als hEctoA8 erfolgreich aus Überständen von stabil transfizierten und selektionierten HEK293 Zellen aufgereinigt. Das so gewonnene Protein hEctoA8 besitzt eine hohe katalytische Aktivität und kann in einem FRET-basierten Assay ein Fluoreszenz-gequenchtes Peptid spalten, das der ADAM8-Spaltstelle im niedrig-affinen IgE Rezeptor CD23 nachempfunden ist. Interessanterweise wird auch intaktes membranständiges CD23 von der Oberfläche stabiler CD23-exprimierender Zellen in Fragmente von 37, 33, 25 and 16 kDa abgespalten, womit erstmalig eine Susbtratspaltung in trans nachgewiesen wurde. Weiterhin wurden die ADAM8-Spaltstellen für das extrazelluläre Matrixprotein Fibronectin (FN) charakterisiert. Es entstanden dabei 9 FN-Fragmente von unterschiedlichem Molekulargewicht. Ein FN-Fragment mit einem Molekulargewicht von 38 kDa war dabei besonders interessant, da es so genannte Zellbindungsdomänen sowie ein RGD-Motiv enthält. Durch die ADAM8-abhängige Spaltung dieses Fragments kann man davon ausgehen, dass eine durch FN vermittelte Zelladhäsion verloren gehen sollte. Diese Hypothese wurde durch Pankreas-Tumorzellen Panc1 überprüft, bei denen eine ADAM8-abhängige Zelladhäsion auf FN mit und ohne vorherigen Verdau gemessen wurde. Es konnte gezeigt werden, dass der Verdau von Fibronektin durch ADAM8 die Zelladhäsion signifikant reduzierte. Die Expression des daran beteiligten Fibronektin-Rezeptors 5 1 wurde auf Proteinebene untersucht und dabei gezeigt, dass spezifisch die Integrin 5-Untereinheit vermindert ist, während die Integrin 1-Untereinheit nicht verändert ist. Auch die vom Fibronektin-Rezeptor abhängige Signalkaskade, an der unter anderem die Kinasen p-ERK1/2 und p-Akt beteiligt sind, zeigt keine Änderungen im Aktivierungsstatus, sodass man daraus schliessen kann, dass die von ADAM8 vermittelte Degradation von FN direkt über die Regulation der Integrin 5-Untereinheit zu einer verminderten Zelladhäsion führt. From recent studies in different tumor entities it became apparent that the membrane-anchored metalloprotease-disintegrin ADAM8 plays an active role in tumor progression and consequently in patient prognosis. It is therefore desirable to understand the functional role of ADAM8 in vitro by characterizing the soluble extracellular part of ADAM8, which is called the ADAM8 ectodomain. The human ectodomain ADAM8 (hEctoA8) protein consists of the prodomain, metalloprotease domain (MP), a disintegrin domain (DIS), a cysteine-rich domain (Cys) and a EGF-like domain (EGF), whilst removal of the prodomain by autocatalysis leads to the active form of hEctoA8. Like the full-length ADAM8, hEctoA8 contains the catalytic consensus sequence HEXXHXXGXXHD in the metalloprotease domain and is therefore predicted to be proteolytically active. Up to now, functional studies on ADAM8 in vitro were hampered by the lack of sufficient quantities of folded, biologically active, and purified recombinant forms of hEctoA8. In our study, we successfully purified the recombinant hEctoA8 protein from supernatants of transfected HEK cells. Purified recombinant hEctoA8 containing the catalytic function of ADAM8 can cleave CD23 in cells in trans and FN in vitro; CD23 cleavage resulted in fragments of 37, 33, 25 and 16 kDa and FN cleavage by recombinant hEctoA8 resulted in 9 fragments, one fragment of 38 kDa contains a RGD motif essential for cell adhesion. Functionally, ADAM8-dependent cell adhesion of pancreatic tumor cells Panc1 was affected by FN cleavage and resulted in reduced cell adhesion. Concomitantly, a decreased expression of integrin α5; was found, whereas cleavage of FN by recombinant hEctoA8 had no effect on the expression levels of integrin β1, and on the activation of p-ERK1/2 and p-Akt. http://dx.doi.org/10.17192/z2015.0272 2015-05-12 Anderson IC, Shipp M, Docherty AJP, Teicher BA (1996) Combination therapy including a gelatinase inhibitor and cytotoxic agent reduces local invasion and metastasis of murine Lewis lung carcinoma. 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