NAK-Kinasen, auch als Numb-assoziierte Kinasen bezeichnet. Während der asymmetrischen Zellteilung ist das membranassoziierte Numb-Protein in der mitotischen Vorläuferzelle halbmondförmig lokalisiert und wird überwiegend in nur eine der beiden Tochterzellen segregiert. Wir identifizierten eine mutmaßliche Serin/Threonin-Kinase, die Numb-related kinase (Nak), die physisch mit der Phosphotyrosin-Bindungsdomäne (PTB) von Numb interagiert. Shc sowie die PTB-Domänen der Insulinrezeptor-Substrate binden an ein NPXY-Motiv, das in der Nak-Region, die mit der Numb-PTB-Domäne interagiert, nicht vorhanden ist. Wir fanden, dass die Numb-PTB-Domäne – nicht jedoch die Shc-PTB-Domäne – über Peptide vom Typ-II-Aminosäuremotiv mit Nak interagiert, was auf eine neuartige und spezifische Protein-Protein-Interaktion hindeutet. Die Überexpression von Nak in Sinnesorganen führt dazu, dass die beiden Tochterzellen der asymmetrischen Zellteilung dasselbe Zellschicksal annehmen; dieser Übergang ähnelt dem numb-loss-of-function-Phänotyp und steht im Gegensatz zur durch Numb-Überexpression verursachten Zellschicksalstransformation. Die Häufigkeit der Zellschicksalstransformation ist empfindlich gegenüber der Gen-Dosis von numb, was aufgrund der physikalischen Interaktionen zu erwarten ist.

Numb-Protein

Das Protein Numb-Homolog ist ein humanes Protein, das durch das NUMB-Gen kodiert wird. Das von diesem Gen kodierte Protein spielt während der Entwicklung eine Rolle bei der Festlegung des Zellschicksals. Das kodierte Protein ist ein membrangebundenes Protein, für das gezeigt wurde, dass es mit EPS15, LNX1 und NOTCH1 assoziiert ist; zudem induziert MDM2 dessen Abbau in proteasomabhängiger Weise. Für das Gen wurden vier Transkriptvarianten identifiziert, die unterschiedliche Isoformen kodieren. Das Numb-Protein wird durch das NUMB-Gen kodiert, und sein Mechanismus scheint evolutionär konserviert zu sein. Numb wurde umfassend in Wirbellosen und Säugetieren untersucht, wobei seine Funktion am besten in der Fruchtfliege verstanden ist. Numb spielt während der Entwicklung eine zentrale Rolle bei der asymmetrischen Zellteilung und trägt dadurch dazu bei, dass sich das Zellschicksal im zentralen und peripheren Nervensystem unterscheidet. Während der Neurogenese ist Numb auf eine Seite der Mutterzelle lokalisiert und wird somit selektiv in eine Tochterzelle verteilt. Diese asymmetrische Teilung verleiht Numb-haltigen Tochterzellen ein anderes Schicksal als den übrigen Tochterzellen.

Abbildung 1. Proteinstruktur des Numb-Proteins.

Rolle bei der Zellmigration

Neuronale Vorläuferzellen werden zunächst in der Hyperplasie-Region gebildet und migrieren anschließend zu einem Zielort, wo sie reifen und zu funktionellen Neuronen werden. Studien in Drosophila zeigten erstmals, dass Numb eine Rolle bei der Zellmigration spielt, da Mutanten Defekte in der Migration von Gliazellen entlang von Axonen aufweisen. Seitdem wurde ein Mechanismus beschrieben, über den Numb an Rezeptoren chemotaktischer Signale bindet und Gerüststrukturen (Scaffolds) bildet, die atypische PKC (aPKC) an den Rezeptorkomplex rekrutieren. Nach Aktivierung phosphoryliert aPKC Numb, was eine vorwärtsgerichtete Feed-forward-Reaktion fördert, dadurch die Bindung von Numb an chemotaktische Rezeptoren verstärkt und in der Folge Endosomenkomplexe bildet. Die Endozytose unterstützt die Umverlagerung von Chemokinrezeptoren an die Vorderseite der Zelle, um eine rezeptorvermittelte gerichtete Migration als Antwort auf die Rezeptoraktivierung zu fördern.

Hemmung der Notch-Signalübertragung über den Ubiquitinierungsweg

Numb erfüllt seine funktionelle Rolle bei der Bestimmung des Zellschicksals, indem es die Aktivität der Notch-Signalübertragung antagonisiert. Der molekulare Mechanismus dieser Beziehung scheint von der Ubiquitinierung des membrangebundenen Notch1-Rezeptors abzuhängen. Zur Untermauerung wurde die Fähigkeit von Numb, Notch1 zu ubiquitinieren, direkt mit seiner funktionellen Hemmung der Notch1-Signalaktivität in Zusammenhang gebracht. Der Ubiquitinierungsweg steuert den Proteinumsatz, indem spezifische Proteine durch direkte Markierung für den proteasomalen Abbau gekennzeichnet werden. In einem mehrstufigen Prozess wird freies Ubiquitin zunächst an ein aktivierendes Enzym (E1) gekoppelt und anschließend auf ein konjugierendes Enzym (E2) übertragen, das an eine Ligase (E3) bindet, welche als Adapter fungiert, um Ubiquitin selektiv auf spezifische Proteinsubstrate zu übertragen. Es wurde festgestellt, dass die Expression von Numb den membranständigen Notch1-Rezeptor selektiv für die Ubiquitinierung markiert, und zwar über die Interaktion seiner Phosphotyrosin-Bindungsdomäne mit der E3-Ubiquitin-Ligase Itch. Numb und Itch wirken zusammen, um die Ubiquitinierung von vollängigen, membrangebundenen Notch-Rezeptoren vor der Aktivierung zu fördern. Numb scheint jedoch erst nach der Rezeptoraktivierung den Abbau der NICD-Spaltprodukte zu fördern, indem es diese für den proteasomalen Abbau adressiert und deren Translokation 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.