NAK-Kinasen, auch bekannt als Numb-assoziierte Kinasen. Während der asymmetrischen Zellteilung befindet sich das membranassoziierte Numb-Protein in einer halbmondförmigen Anordnung in der mitotischen Vorläuferzelle und ist hauptsächlich in einer der beiden Tochterzellen isoliert. Wir identifizierten eine putative Serin/Threonin-Kinase, Numb-related kinase (Nak), die physikalisch mit der Phosphotyrosin-Bindungsdomäne (PTB) von Numb, Shc und PTB für Insulinrezeptor-Substrate interagiert. Die Domäne bindet an ein NPXY-Motiv, das in der Nak-Region, die mit der Numb-PTB-Domäne interagiert, nicht vorhanden ist. Wir fanden heraus, dass die Numb-PTB-Domäne, aber nicht die Shc-PTB-Domäne, mit Nak über Peptide vom Typ II Aminosäuren 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 das gleiche Zellschicksal annehmen; dieser Übergang ähnelt dem Phänotyp des Numb-Verlusts und steht im Gegensatz zur Zellschicksalsumwandlung, die durch Numb-Überexpression verursacht wird. Die Häufigkeit der Zellschicksalsumwandlung ist empfindlich gegenüber der Dosis des numb-Gens, was aufgrund der physikalischen Interaktionen zu erwarten ist.

Numb-Protein

Protein Numb Homolog ist ein menschliches Protein, das durch das NUMB-Gen kodiert wird. Das durch dieses Gen kodierte Protein spielt eine Rolle bei der Bestimmung des Zellschicksals während der Entwicklung. Das kodierte Protein, das von MDM2 in einer proteasomabhängigen Weise abgebaut wird, ist ein membrangebundenes Protein, das mit EPS15, LNX1 und NOTCH1 assoziiert ist. Für das Gen wurden vier Transkriptvarianten gefunden, die unterschiedliche Isoformen kodieren. Das Numb-Protein wird durch das 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 ist. Numb spielt eine entscheidende Rolle bei der asymmetrischen Zellteilung während der Entwicklung und bewirkt so, dass das Zellschicksal des zentralen und peripheren Nervensystems unterschiedlich ist. Während der Neurogenese ist Numb auf eine Seite der Mutterzelle lokalisiert und wird somit selektiv in einer Tochterzelle verteilt. Diese asymmetrische Teilung verleiht den Numb-haltigen Tochterzellen ein anderes Schicksal als den anderen Tochterzellen.

Abbildung 1. Proteinstruktur des Numb-Proteins.

Rolle bei der Zellmigration

Neuronale Vorläuferzellen werden zunächst im Hyperplasie-Bereich gebildet und wandern dann zu einem Zielort, wo sie ausreifen und zu funktionellen Neuronen werden. Studien an Drosophila zeigten erstmals, dass Numb eine Rolle bei der Zellmigration spielt, als Mutanten Defekte in der Migration von Gliazellen entlang von Axonen aufwiesen. Seitdem wurde ein Mechanismus entdeckt, durch den Numb an chemotaktische Signalrezeptoren bindet, um Gerüste zu bilden, die atypische PKC (aPKC) zum Rezeptorkomplex rekrutieren. Nach der Aktivierung phosphoryliert aPKC Numb, was eine vorwärtsgerichtete Feedforward-Antwort fördert und so 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 eine rezeptorvermittelte gerichtete Migration als Reaktion auf die Rezeptoraktivierung zu fördern.

Hemmung der Notch-Signalgebung über den Ubiquitinierungsweg

Numb übt seine funktionelle Rolle bei der Bestimmung des Zellschicksals aus, indem es die Notch-Signalaktivität antagonisiert. Der molekulare Mechanismus hinter dieser Beziehung scheint von der Ubiquitinierung des membrangebundenen Notch1-Rezeptors abzuhängen. Um dies zu beweisen, war die Fähigkeit von Numb, Notch1 zu generalisieren, direkt mit seiner funktionellen Hemmung der Notch1-Signalaktivität verbunden. Der Ubiquitinierungsweg steuert den Proteinabbau, indem er spezifische Proteine direkt für den Abbau durch das Proteasom markiert. In einem mehrstufigen Prozess wird freies Ubiquitin zunächst an das aktivierende Enzym (E1) gebunden und dann auf das koppelnde Enzym (E2) übertragen, das an die Ligase (E3) bindet, die als Adapter fungiert, um Ubiquitin selektiv auf spezifische Protein-Substrate zu übertragen. Es wurde festgestellt, dass die Expression von Numb den membranständigen Notch1-Rezeptor selektiv für die Ubiquitinierung markiert, indem seine Phosphotyrosin-Bindungsdomäne mit der E3-Ubiquitin-Ligase Itch interagiert. Numb und Itch arbeiten zusammen, um die Ubiquitinierung von voll-längigen, membrangebundenen Notch-Rezeptoren vor der Aktivierung zu fördern. Allerdings scheint Numb nur den Abbau von NICD-Spaltprodukten nach der Rezeptoraktivierung zu fördern, indem es diese für den Abbau durch das Proteasom markiert und deren Transfer in den Zellkern verhindert.

Referenz

1. Dho SE; et al. Charakterisierung von vier Säugetier-Numb-Protein-Isoformen. Identifizierung von zytoplasmatischen und membranassoziierten Varianten der Phosphotyrosin-Bindungsdomäne. J. Biol. Chem. 1999, 274 (46): 33097-104.