Identification and characterization of critical determinants in plexin signaling

Semaphorine, eine Klasse von löslichen und membrangebundenen Liganden, und ihre zugehörigen Rezeptoren, Plexine, spielen eine bedeutende Rolle in der Organogenese, der Physiologie verschiedener Gewebe und Organsysteme, sowie bei der Entstehung von Krankheiten. Plexine vermitteln ihre vielfältigen Signalfunktionen durch ihre intrazelluläre Domäne. Eine dieser Funktionen ist die Deaktivierung von R-Ras, einer nicht-klassischen Isoform des Ras-Onkogens. Bis jetzt ist der exakte Mechanismus dieser Plexin-regulierten R-Ras Deaktivierung unklar. In der vorliegenden Dissertation wird dieser Mechanismus aufgeklärt, weitere neu-entdeckte Akteure im Semaphorin-Plexin System charakterisiert und Mutationen in Plexinen hinsichtlich ihrer Ligandenbindung und Signalweiterleitung untersucht. Hierfür wurden molekularbiologische, biochemische, zellbiologische und pharmakologische Methoden kombiniert. Es wurde herausgefunden, dass Mutationen im Plexin-B2-Gen bei Patienten, die an kongenitalen Anomalien der Nieren und ableitenden Harnwege leiden, die Plexin-vermittelte Signalweiterleitung beeinträchtigen. Darüber hinaus ist TMEM260, ein Protein unbekannter Funktion, welches als O-Mannosyltransferase für Plexine identifiziert wurde, verantwortlich für die Membranlokalisation und proteolytischer Prozessierung von Plexin-B2. Des Weiteren wurde Rasal1 als ein den Plexinen nachgeschaltetes GTPase-aktivierendes Protein validiert und charakterisiert, welches R-Ras deaktiviert. Der zugrundeliegende Mechanismus konnte in dieser Arbeit aufgeklärt und gezeigt werden, dass Plexine aktives R-Ras binden, ohne dessen Aktivität zu beeinflussen. Nach der Bindung von Semaphorinen an Plexine, wird aktives R-Ras aus der Bindung von Plexinen freigesetzt und durch Rasal1 deaktiviert. Zuletzt wurden diese Erkenntnisse in einen translationalen Kontext gesetzt, der eine wichtige Rolle der Semaphorin-Plexin-Rasal1-R-Ras Signalachse bei der negativen Regulation der Transkription des Gastrin-Gens in vitro aufzeigt, einem Peptidhormon, welches die Magensäureproduktion anregt. Zusammengefasst geben diese Ergebnisse neue mechanistische Einblicke in den Plexinsignalweg, decken neue, molekulare und pathophysiologische Funktionen von Plexinen auf, und lösen die Kontroverse über die Funktionalität der GTPase-aktivierenden Proteindomäne bei der Regulierung der R-Ras Aktivität.