The role of the cell membrane asymmetry within the activation of ADAM17

Die proteolytische Freisetzung von membrangebundenen Wachstumsfaktoren, Zytokinen, Rezeptoren und Adhäsionsmolekülen, durch ADAM17, a disintegrin and metalloproteinase 17, stellt einen essenziellen Prozess in der physiologischen Entwicklung des Menschen dar. Eine Defizienz oder Dysregulation dieser Protease ist mit dem Auftreten von Entzündungsreaktionen und der Proliferation von Krebszellen assoziiert. Trotz dieser außerordentlichen Funktionen ist der genaue Mechanismus hinter der Aktivierung von ADAM17 nur rudimentär aufgeklärt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Hypothese aufgegriffen, bei der die asymmetrische Verteilung des Phospholipids Phosphatidylserin (PS) innerhalb der Zellmembran als Regulator von ADAM17 agiert. Im zellulären Kontext erfolgt eine temporäre Aufhebung der Membran-Asymmetrie u.a. durch Scramblasen. In diesem Zusammenhang wurde die Frage untersucht, ob exogene ADAM-Aktivatoren wie Adenosintriphosphat, Ionomycin oder Phorbolester die Exposition von Phosphatidylserin auf der äußeren Seite der Zellmembran mittels der Scramblase Anoctamin 6 (ANO6) verstärken und so die ADAM17 vermittelte Substratfreisetzung regulieren. In der Gesamtheit konnten die Ergebnisse dieser Arbeit die neuartige Hypothese eines regulatorischen Einflusses der Zellmembran-Asymmetrie in der Aktivierung von ADAM17 in vitro bestätigten und die essenzielle Bedeutung in vivo erstmals zeigen. ANO6 stellt hierbei als kalziumabhängige Scramblase eine mögliche Verbindung zwischen einem intrazellulären Kalziumanstieg und der vermehrten Substratfreisetzung durch ADAM10 und ADAM17 dar.The proteolytic cleavage of membrane-bound growth factors, cytokines, receptors and adhesions molecules through „a disintegrin and metalloproteinase 17“ (ADAM17) represents an essential process within normal physiological development in human. A deficiency or dysregulation of this protease is associated with inflammation and cancer. Even though ADAM17 has such remarkable functions, the mechanism behind its activation is poorly understood. In the context of this thesis, a novel hypothesis covering the regulatory effect of the phospholipid phosphatidylserine (PS) and its essential exposure within the outer leaflet of the membrane for ADAM17 sheddase function was picked up. The naturally occurring membrane asymmetry and its temporary vertical breakup occur e.g. through scramblases. With this in mind, the question arose if exogenic ADAM activators such as adenosine triphosphate, ionomycin or phorbol esters lead to a PS exposure via the scramblase anoctamin-6 (ANO6) and thus increased ADAM17-mediated substrate shedding. In conclusion, the results of this thesis confirm that membrane asymmetry and its temporary breakup mark a novel mechanism for ADAM17 activation in vitro. For the first time, it was shown that interaction between ADAM17 and PS indeed is essential in vivo. Within this mechanism, the calcium-dependent scramblase ANO6 could act as a mediator between an increase of intracellular calcium level and an enhanced shedding by ADAM10 and ADAM17