NAK-Kinasen, auch bekannt als numb-assoziierte Kinasen. Während der asymmetrischen Zellteilung befinden sich die membranassoziierten Numb-Proteine an einem Halbmond in der mitotischen Vorläuferzelle und sind hauptsächlich in einer der beiden Tochterzellen isoliert. Wir identifizierten eine putative Serin/Threonin-Kinase, die Numb-verwandte Kinase (Nak), die physikalisch mit dem Phosphotyrosin-bindenden (PTB) Bereich von Numb, Shc und PTB für Insulinrezeptor-Substrate interagiert. Der Bereich bindet an ein NPXY-Motiv, das im Nak-Bereich, der mit dem Numb-PTB-Bereich interagiert, nicht vorhanden ist. Wir fanden heraus, dass der Numb-PTB-Bereich, nicht jedoch der Shc-PTB-Bereich, über Peptide vom Typ II Aminosäuren mit Nak interagiert, was auf eine neuartige und spezifische Protein-Protein-Interaktion hinweist. Die Überexpression von Nak in Sinnesorganen führt zu normalen. Die beiden Töchter der asymmetrischen Zellteilung nehmen dasselbe Schicksal an, dieser Übergang ähnelt dem Verlust des Numb-Phänotyps und steht im Gegensatz zur Zellschicksalsumwandlung, die durch die Überexpression von Numb verursacht wird, die Häufigkeit der Zellschicksalsumwandlung ist empfindlich gegenüber der Dosis des numb-Gens, was von physikalischen Interaktionen zu erwarten ist.

Numb-Protein

Das Numb-Protein-Homolog ist ein menschliches Protein, das vom NUMB-Gen kodiert wird. Das von diesem Gen kodierte Protein spielt eine Rolle bei der Bestimmung des Zellschicksals während der Entwicklung. Das kodierte Protein, dessen Abbau von MDM2 auf proteasomabhängige Weise induziert wird, ist ein membrangebundenes Protein, das nachweislich mit EPS15, LNX1 und NOTCH1 assoziiert ist. Das Gen hat vier Transkriptvarianten gefunden, die unterschiedliche Isoformen kodieren. Das Numb-Protein wird vom NUMB-Gen kodiert, und sein Mechanismus scheint evolutionär konserviert zu sein. Numb wurde umfassend bei Wirbellosen und Säugetieren untersucht, obwohl seine Funktion am besten bei Fruchtfliegen verstanden wird. Numb spielt eine entscheidende Rolle bei der asymmetrischen Zellteilung während der Entwicklung und macht somit das Zellschicksal des zentralen Nervensystems und des peripheren Nervensystems unterschiedlich. Während der Neurogenese ist Numb auf einer Seite der Mutterzelle lokalisiert und wird somit selektiv in einer Tochterzelle verteilt. Diese asymmetrische Teilung verleiht den Numb-haltigen Tochterzellen ein anderes Schicksal als anderen Tochterzellen.

Abbildung 1. Proteinstruktur des Numb-Proteins.

Rolle bei der Zellmigration

Neurale Vorläufer werden zunächst im Hyperplasiebereich produziert und wandern dann zu einem gezielten Standort, wo sie reifen und funktionale Neuronen werden. Studien in Drosophila zeigten zunächst, dass Numb eine Rolle bei der Zellmigration spielt, wenn Mutanten Defekte in der Migration von Gliazellen entlang von Axonen aufweisen. Seitdem wurde ein Mechanismus entdeckt, durch den Numb chemotaktische Signalrezeptoren bindet, um Gerüste zu bilden, die atypische PKC (aPKC) zum Rezeptorkomplex rekrutieren. Nach der Aktivierung phosphoryliert aPKC Numb, was eine Vorwärtsreaktion fördert und somit die Bindung von Numb an chemotaktische Rezeptoren verstärkt und anschließend Endosomenkomplexe bildet. Die Endozytose unterstützt die Verlagerung von Chemokinrezeptoren an die Vorderseite der Zelle, um die rezeptorvermittelte gerichtete Migration als Reaktion auf die Rezeptoraktivierung zu fördern.

Hemmung der Notch-Signalgebung über den Ubiquitinierungsweg

Numb übt seine funktionale Rolle bei der Bestimmung des Zellschicksals aus, indem es die Aktivität der Notch-Signalgebung antagonisiert. Der molekulare Mechanismus hinter dieser Beziehung scheint von der Ubiquitinierung des membranbunden Notch1-Rezeptors abzuhängen. Um dies zu beweisen, wurde Numbs Fähigkeit, Notch1 zu verallgemeinern, direkt mit seiner funktionalen Hemmung der Notch1-Signalaktivität in Verbindung gebracht. Der Ubiquitinierungsweg leitet die Proteinrückgewinnung, indem er spezifische Proteine direkt für den proteasomalen Abbau kennzeichnet. Durch einen mehrstufigen Prozess wird freies Ubiquitin zunächst mit dem aktivierenden Enzym (E1) verknüpft und dann auf das Kopplungsenzym (E2) übertragen, das an die Ligase (E3) bindet, die als Adapter fungiert, um Ubiquitin selektiv auf spezifische Proteinunterlagen zu übertragen. Es wurde festgestellt, dass die Numb-Expression den membranbunden Notch1-Rezeptor selektiv für die Ubiquitinierung kennzeichnet, indem sie mit der E3-Ubiquitin-Ligase Itch interagiert. Numb und Itch arbeiten zusammen, um die Ubiquitinierung von vollwertigen membrangebundenen Notch-Rezeptoren vor der Aktivierung zu fördern. Numb scheint jedoch nur den Abbau von NICD-Spaltprodukten nach der Rezeptoraktivierung zu fördern, indem es sie für den proteasomalen Abbau kennzeichnet und deren Übertragung in den Zellkern verhindert.

Referenz:

1. Dho SE; et al. Characterization of four mammalian numb protein isoforms. Identification of cytoplasmic and membrane-associated variants of the phosphotyrosine binding domain. J. Biol. Chem. 1999, 274 (46): 33097–104.