Met1-ubiquitination determines inflammatory signalling in Drosophila melanogaster
Aalto, Anna (2022-06-15)
Åbo Akademi - Åbo Akademi University
15.06.2022
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4207-6
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4207-6
Tiivistelmä
The innate immune response is an immediate immune response facilitated by the host to combat pathogen invasion and other harmful stimuli, such as damaged cells and environmental irritants. It is activated when pattern-recognising receptors (PRRs) on immune cells detect pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) or stress/damage-associated molecular patterns (SAMPs/DAMPs) and respond to these stresses by activating rapid transcription of inflammatory cytokines and chemokines. Upon receptor triggering one of the main pathways induced is the nuclear factor κ-light-chain enhancer of activated B cells (NF-κB) signalling pathway leading to activation of the transcription factor NF-κB. During basal conditions, these pathways are tightly regulated as unwanted activation of NF-κB is associated with chronic inflammation and promotes cancer progression. Post-translational modifications (PTMs), such as ubiquitination, play a key role in the regulation of the inflammatory NF-κB signalling. In my thesis, my main objective is to improve our understanding of ubiquitin-mediated regulation of NF-κB, with a specific focus on Met1-linked ubiquitination. Conjugated Met1-linked polyubiquitin (Met1-Ub) chains function as scaffolds for other NF-κB signalling mediators and are essential for proper NF-κB signalling.
To further study the role of Met1-ubiquitination in NF-κB signalling, we have taken advantage of the highly efficient and conserved NF-κB signalling pathways in the fruit fly, Drosophila melanogaster. By using the fruit fly as a model organism, we have found the E3 ligase LUBEL to synthesise Met1-Ub chains in Drosophila when the NF-κB activating pathway is induced by bacterial infection. Furthermore, the fruit fly IκB kinase γ (IKKγ), a known mammalian substrate for Met1-linked ubiquitination, was similarly identified as a substrate in the flies. This indicates a conserved signalling outcome in response to pathogenic invasion in flies. We have also found that Met1-Ub chains are required and sufficient to induce NF-κB activation and defence against pathogens in the intestinal epithelium. Met1-Ub chain formation is also augmented by sterile stresses such as hypoxia, oxidative stress,starvation and mechanical stress. During sterile inflammation, Met1-Ub chains are required for survival and this protective action seems to be driven by stress-induced activation of NF-κB in a PRR-independent manner. Finally, we show that the stress-induced upregulation of Met1-Ub chains in response to hypoxia, oxidative and mechanical stress is also induced in mammalian cells and protects from stress-induced cell death. In addition, we have optimised a model for detection and induction of intestinal inflammation in Drosophila. We have used this model to study the anti-inflammatory properties of stilbenoid-compounds in vivo. Taken together, we have used the fruit fly to study the molecular regulatory mechanisms of inflammatory signalling in response to a wide range of noxious stresses and provided us with new tools to manipulate and regulate inflammatory signalling. Det medfödda immunsvaret är en omedelbar immunrespons som förmedlas av värdorganismen för att bekämpa skadliga stimuli, såsom patogener, skadade celler och andra irriterande molekyler. Immunresponsen aktiveras när receptorer på immunceller påträffar patogenassocierade molekylära mönster eller stress-/skadeassocierade molekylära mönster och svarar på dessa påfrestningar genom att aktivera snabb transkription av inflammatoriska cytokiner och kemokiner. Vid receptorstimulering aktiveras NF-κB-signaleringsräckan, som leder till aktivering av transkriptionsfaktorn NF-κB. Under basala förhållanden är dessa signaleringsräckor hämmade eftersom överaktiv NF-κB associeras med kronisk inflammation och gynnaruppkomst av tumörer. Post-translationella modifieringar, såsom ubikvitinering, har en nyckelroll i regleringen av den inflammatoriska NF-κB-signaleringen. I min avhandling är mitt huvudmål att förbättra vår förståelse av ubikvitin-medierad reglering av NF-κB, med ett specifikt fokus på Met1-ubikvitinering. Met1-kopplade ubikvitinkedjor fungerar som en rekryteringsplattform för andra NF-κB-signalförmedlare och har därmed en essentiell funktion i NF-κB-signaleringen.
För att vidare studera betydelsen av Met1-ubikvitinering i NF-κB-signaleringen, har vi utnyttjat de mycket effektiva och välbevarade NF-κB-signaleringsräckorna hos bananflugan, Drosophila melanogaster. Genom att använda bananflugan som modellorganism, har vi funnit att E3-ligaset LUBELsyntetiserar Met1-kopplade polyubikvitinkedjor i bananflugan vid bakteriell infektion. Dessutom har vi identifierat bananflugans IκB kinas γ (IKKγ), ett känt substrat för Met1-ubikvitinering i däggdjur, som substrat för Met1-ubikvitinering. Detta antyder att de molekylära mekanismerna, som reglerar NF-κB aktivering vid patogen invasion, är välbevarade. Vi har även funnit att LUBEL är viktigt för lokalt immunsvar i tarmepitelet. Met1-Ub-kedjebildning induceras också av steril stress, som hypoxiska förhållanden, oxidativ stress, svält och mekanisk stress. Vid steril inflammation krävs Met1-ubikvitinkedjor för överlevnad och denna skyddande effekt drivs av stressinducerad aktivering av NF-κB-signaleringen på ett receptoroberoende sätt. Vi har också funnit att den stressinducerade uppregleringen av Met1-Ub-kedjor induceras vid hypoxiska förhållanden, oxidativ och mekanisk stress i däggdjursceller och att kedjorna skyddar mot stressinducerad celldöd. Dessutom har vi optimerat en modell för att inducera och utforska förorsakare av tarminflammation hos bananflugan. Den optimerade tarminflammationsmodellen har vi vidare utnyttjat för att studera de antiinflammatoriska egenskaperna av stilbenoidföreningar in vivo i bananflugan. Sammanfattningsvis har ovannämnda studier belyst den praktiska nyttan med att studera regleringen av inflammatorisk signalering, som respons på ett brett spektrum av skadliga stressförhållanden, i bananflugan och försett oss med nya verktyg för att manipulera och reglera inflammatorisk signalering.
To further study the role of Met1-ubiquitination in NF-κB signalling, we have taken advantage of the highly efficient and conserved NF-κB signalling pathways in the fruit fly, Drosophila melanogaster. By using the fruit fly as a model organism, we have found the E3 ligase LUBEL to synthesise Met1-Ub chains in Drosophila when the NF-κB activating pathway is induced by bacterial infection. Furthermore, the fruit fly IκB kinase γ (IKKγ), a known mammalian substrate for Met1-linked ubiquitination, was similarly identified as a substrate in the flies. This indicates a conserved signalling outcome in response to pathogenic invasion in flies. We have also found that Met1-Ub chains are required and sufficient to induce NF-κB activation and defence against pathogens in the intestinal epithelium. Met1-Ub chain formation is also augmented by sterile stresses such as hypoxia, oxidative stress,starvation and mechanical stress. During sterile inflammation, Met1-Ub chains are required for survival and this protective action seems to be driven by stress-induced activation of NF-κB in a PRR-independent manner. Finally, we show that the stress-induced upregulation of Met1-Ub chains in response to hypoxia, oxidative and mechanical stress is also induced in mammalian cells and protects from stress-induced cell death. In addition, we have optimised a model for detection and induction of intestinal inflammation in Drosophila. We have used this model to study the anti-inflammatory properties of stilbenoid-compounds in vivo. Taken together, we have used the fruit fly to study the molecular regulatory mechanisms of inflammatory signalling in response to a wide range of noxious stresses and provided us with new tools to manipulate and regulate inflammatory signalling.
För att vidare studera betydelsen av Met1-ubikvitinering i NF-κB-signaleringen, har vi utnyttjat de mycket effektiva och välbevarade NF-κB-signaleringsräckorna hos bananflugan, Drosophila melanogaster. Genom att använda bananflugan som modellorganism, har vi funnit att E3-ligaset LUBELsyntetiserar Met1-kopplade polyubikvitinkedjor i bananflugan vid bakteriell infektion. Dessutom har vi identifierat bananflugans IκB kinas γ (IKKγ), ett känt substrat för Met1-ubikvitinering i däggdjur, som substrat för Met1-ubikvitinering. Detta antyder att de molekylära mekanismerna, som reglerar NF-κB aktivering vid patogen invasion, är välbevarade. Vi har även funnit att LUBEL är viktigt för lokalt immunsvar i tarmepitelet. Met1-Ub-kedjebildning induceras också av steril stress, som hypoxiska förhållanden, oxidativ stress, svält och mekanisk stress. Vid steril inflammation krävs Met1-ubikvitinkedjor för överlevnad och denna skyddande effekt drivs av stressinducerad aktivering av NF-κB-signaleringen på ett receptoroberoende sätt. Vi har också funnit att den stressinducerade uppregleringen av Met1-Ub-kedjor induceras vid hypoxiska förhållanden, oxidativ och mekanisk stress i däggdjursceller och att kedjorna skyddar mot stressinducerad celldöd. Dessutom har vi optimerat en modell för att inducera och utforska förorsakare av tarminflammation hos bananflugan. Den optimerade tarminflammationsmodellen har vi vidare utnyttjat för att studera de antiinflammatoriska egenskaperna av stilbenoidföreningar in vivo i bananflugan. Sammanfattningsvis har ovannämnda studier belyst den praktiska nyttan med att studera regleringen av inflammatorisk signalering, som respons på ett brett spektrum av skadliga stressförhållanden, i bananflugan och försett oss med nya verktyg för att manipulera och reglera inflammatorisk signalering.