Assessment of the role of clusterin/apolipoprotein J in Cellular Homeostasis

Clusterin (CLU) ist ein stark glykosyliertes extrazelluläres Chaperone welches beinahe ubiquitär in Vertebraten und Geweben exprimiert wird. Seit seiner Entdeckung vor mehr als 30 Jahren wurde insbesondere die sezernierte Form von CLU (sCLU) als zytoprotektives Protein in starker Korrelation mit Erkrankungen wie Krebs, Arteriosklerose und der Alzheimer Erkrankung betrachtet. Trotz intensiver Erforschung (gegenwärtig rund 2500 Artikel in der PubMed) ist seine exakte Rolle in Erkrankungen nach wie vor unbekannt. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich primär auf die Rolle von sCLU in der zellulären Homöostase und Proteostase. Grundlegende besondere Eigenschaften menschlichen sCLU‘s sind dessen Glykosylierung und seine proteolytische Spaltung in zwei separate Ketten, welche durch Disulfidbrücken verbunden bleiben. Zunächst wird daher die Rolle dieser strukturellen Eigenschaften für die Faltung und Chaperonaktivität von sCLU beleuchtet. Die experimentelle Durchführung dessen erfolgte primär mit menschlichen und murinen sCLU. In diesem Zusammenhang wird weiterhin bewertet auf welche Weise CLU im Tierreich konserviert ist und ob CLU tatsächlich als konserviertes sezerniertes molekulares Chaperon betrachtet werden kann. Basierend auf Erkenntnissen über die Chaperonaktivität von sCLU wird eine potentielle Rolle in der Zellbiologie diskutiert. Es muss dabei zur Kenntnis genommen werden, dass vorangegangene Studien eine erhöhte Menge von CLU und sCLU beim Auftreten von Pathologien mit unkontrollierten sowie schädigenden Zelltodereignissen wie bei Ischämien, Entzündungen oder Verletzungen beobachteten. Der zweite Abschnitt wird sich daher mit der Expression von CLU in einem In vitro-Nekrosemodell befassen um seine Funktion unter diesen Bedingungen zu klären. Interessanterweise führte dieser Ansatz zu neuen Einblicken über CLU‘s Rolle in der „Antwort auf ungefaltete Proteine“ (englisch: Unfolded Protein Response, UPR) und offenbarte CLU‘s Zusammenspiel mit verschiedenen proteostatischen Pfaden. Zusätzlich wird ein neuer zellulärer Mechanismus namens Nekrose-induzierte Proliferation (englisch: Necrosis-induced Proliferation, NiP) vorgeschlagen, welcher bedeutende Konsequenzen in der Behandlung von Krebs haben könnte. Zusammenfassend diskutiert dieser Aufsatz grundlegende Aspekte der Biochemie und Zellbiologie von CLU um dessen Rolle in Krankheit und Tod besser zu verstehen.Clusterin (CLU) is a highly glycosylated extracellular chaperone with a nearly ubiquitous expression in vertebrates and tissues. Since its discovery more than three decades ago, especially the secretory form of CLU (sCLU) was considered being a cytoprotective protein with high correlation to certain diseases, such as cancer, atherosclerosis and Alzheimer’s disease. Despite of intense research activity (almost 2500 articles in PubMed), its exact role in diseases is still unknown. This thesis focuses primarily on the role of sCLU in the cellular homeostasis and proteostasis. Underlying important properties of human sCLU are the glycosylation and the proteolytic cleavage into two separate chains held together by disulfide bonds. Therefore, at first the role of these structural properties on the folding and chaperone activity of sCLU will be addressed. This will be predominately conducted by using human and mouse sCLU. In this context, it will be further assessed in which way CLU is conserved among the animal kingdom and whether the CLU protein indeed can be considered as a conserved secretory molecular chaperone. Based on findings concerning the chaperone activity of sCLU, a potential role in cell biology will be addressed. Noticeable, in past studies an elevated abundance of CLU and sCLU was identified by virtue of its occurrence in pathologies with uncontrolled or detrimental cell death, such as in ischemia, inflammation or wounding. The second section therefore investigates the expression of CLU in an in vitro necrosis model to understand its function in harmful cellular settings. Intriguingly, this approach led to new insights concerning CLU’s role in the unfolded protein response (UPR) and revealed CLUs’ interplay with various proteostatic pathways. Moreover, a new cellular mechanism called Necrosis-induced Proliferation (NiP) will be proposed, which might have important implications for treatment of cancer. In summary, this thesis discusses basic aspects of CLU biochemical and cell biological properties to understand its role in death and disease