Regulation des Homeoproteins Hesx1 durch Mad2l2 und den Anaphase-promoting complex

Das Verständnis der koordinierten Expression und Interaktion von homeobox Transkriptionsfaktoren und deren funktionelle Signifikanz ist weiterhin eine wichtige Fragestellung in der Enwicklungsbiologie. Hesx1 ist ein paired-like homeodomänen Transkriptionsfaktor, der für eine normale Vorderhirn- und Hypophysen-Entwicklung erforderlich ist. Hesx1 defiziente Mäuse zeigen Vorderhirn- und Hypophysendefekte in unterschiedlicher Ausprägung. Einen ähnlichen pathologischen Phänotyp beschreibt die septooptische Dysplasie (SOD) beim Menschen, unter anderem wird diese durch Mutationen in HESX1 hervorgerufen.Diese Arbeit identifizierte bisher unbekannte Interaktionspartner von Hesx1. Als ein interessanter Hesx1 Bindungspartner wurde Mad2l2 gefunden. Mad2l2 ist sowohl, als Untereinheit der Polymerase ζ, in DNA Reparaturmechanismen als auch in der Zellzyklusregulation als Inhibitor des Anaphase-promoting complex (APC) involviert. Die Interaktion mit Hesx1 führt zu einer verminderten Fähigkeit von Hesx1 spezifische DNS zu binden. Zusätzlich wurde die APC Substraterkennungs-Untereinheit Cdh1 als Bindungspartner von Hesx1 identifiziert. Der Cdh1-APC Komplex ist eine E3 Ubiquitin-Ligase, die Proteine für die Proteolyse durch das 26S Proteasom markiert. Tatsächlich konnte Hesx1 als Substrat des Cdh1-APC Komplexes identifiziert werden, es konnte polyubiquitiniert und anschließend degradiert werden.Um die Konsequenzen einer Mad2l2-Defizienz in Mäusen zu studieren wurden Knockout-Tiere generiert. Diese Tiere zeigen unter anderem einen Hypophysenphänotyp. Primären Fibroblasten, die von den Mäusen präpariert wurden, weisen eine Häufung von DNS-Schäden auf. Mad2l2 scheint daher ein wichtiger Faktor in der Embryonalentwicklung zu sein. In vorhergehenden Arbeiten wurde gezeigt, dass die präzise räumliche als auch zeitliche Expression von Hesx1 entscheidend für eine normale Hypophysenentwicklung ist. Die Interaktion von Mad2l2 und Cdh1 mit Hesx1 deutet darauf hin, das beide Faktoren für die Regulation und rechtzeitige Degradation von Hesx1 in der sich entwickelnden Hypophyse verantwortlich sind. Die vorliegende Arbeit erweitert das regulative Netzwerk, in das Hesx1 eingebettet ist und identifiziert neue Mechanismen der Hesx1-Regulation, welche das Binden von Mad2l2 und die Ubiquitinierung durch den Cdh1-APC Komplex involviert.Understanding the functional significance of the coordinate expression and interaction of homeobox transcription factors remains a critical question in developmental biology. Hesx1 is a paired-like homeodomain transcription factor, which is required for normal forebrain and pituitary gland formation. Hesx1 deficient mice display variable degrees of forebrain and pituitary gland defects. A comparable phenotype in humans is septo optical dysplasia (SOD) and humans harboring mutations in HESX1 were observed to display some form of SOD.This study has identified so far unknown Hesx1 interaction partners. As an interesting binding partner Mad2l2 was found to bind Hesx1. Mad2l2 is involved in DNA damage repair as a component of the polymerase ζ as well as in cell cycle regulation by inhibiting the anaphase promoting complex (APC). The interaction with Hesx1 resulted in a diminished ability of Hesx1 to bind to target DNA. Furthermore, Cdh1, the substrate recognition subunit of the APC, was found to bind Hesx1. The Cdh1-APC complex is an E3 ubiquitin ligase that targets proteins for proteolysis via the 26S proteasome. Indeed, Hesx1 could be identified as a target of the Cdh1-APC complex and was polyubiquitinated and subsequently degraded.To study the consequence of Mad2l2 inactivation in mice, knockout animals were produced. These animals and mouse embryonic fibroblasts (MEF s) displayed DNA damage as well as a pituitary gland phenotype, indicating that Mad2l2 is a crucial factor during embryonic development. It was previously shown, that precise spatially and temporally expression of Hesx1 is crucial for proper pituitary gland development. Interactions of Mad2l2 and Cdh1 with Hesx1 suggest that these factors are responsible for regulation and timed degradation of Hesx1 in the developing anterior pituitary gland. Therefore, the present study has extended the regulative network in which Hesx1 is embedded and identified novel mechanisms of Hesx1 regulation, involving binding to Mad2l2 and ubiquitination via the Cdh1-APC complex