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Supplemental Data Nicastrin Functions as a γ-Secretase-Substrate Receptor

Center for Basic Neuroscience, The University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390, USA.
Cell (Impact Factor: 33.12). 09/2005; 122(3):435-47. DOI: 10.1016/j.cell.2005.05.022
Source: PubMed

ABSTRACT gamma-secretase catalyzes the intramembrane cleavage of amyloid precursor protein (APP) and Notch after their extracellular domains are shed by site-specific proteolysis. Nicastrin is an essential glycoprotein component of the gamma-secretase complex but has no known function. We now show that the ectodomain of nicastrin binds the new amino terminus that is generated upon proteolysis of the extracellular APP and Notch domains, thereby recruiting the APP and Notch substrates into the gamma-secretase complex. Chemical- or antibody-mediated blocking of the free amino terminus, addition of purified nicastrin ectodomain, or mutations in the ectodomain markedly reduce the binding and cleavage of substrate by gamma-secretase. These results indicate that nicastrin is a receptor for the amino-terminal stubs that are generated by ectodomain shedding of type I transmembrane proteins. Our data are consistent with a model where nicastrin presents these substrates to gamma-secretase and thereby facilitates their cleavage via intramembrane proteolysis.

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    ABSTRACT: Presenilin is a central, catalytic component of the γ-secretase complex which conducts intramembrane cleavage of various protein substrates. Although identified and mainly studied through its role in the development of amyloid plaques in Alzheimer disease, γ-secretase has many other important functions. The complex seems to be evolutionary conserved throughout the Metazoa, but recent findings in plants and Dictyostelium discoideum as well as in archeons suggest that its evolution and functions might be much more diversified than previously expected. In this review, a selective survey of the multitude of functions of presenilins and the γ-secretase complex is presented. Following a brief overview of γ-secretase structure, assembly and maturation, three functional aspects are analyzed: (1) the role of γ-secretase in autophagy and phagocytosis; (2) involvement of the complex in signaling related to endocytosis; and (3) control of calcium fluxes by presenilins.
    Protoplasma 03/2013; 250(5). DOI:10.1007/s00709-013-0494-y · 3.17 Impact Factor
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    ABSTRACT: Human acute T-cell lymphoblastic leukemias and lymphomas (T-ALL) are commonly associated with gain-of-function mutations in Notch1 that contribute to T-ALL induction and maintenance. Starting from an expression-profiling screen, we identified c-myc as a direct target of Notch1 in Notch-dependent T-ALL cell lines, in which Notch accounts for the majority of c-myc expression. In functional assays, inhibitors of c-myc interfere with the progrowth effects of activated Notch1, and enforced expression of c-myc rescues multiple Notch1-dependent T-ALL cell lines from Notch withdrawal. The existence of a Notch1-c-myc signaling axis was bolstered further by experiments using c-myc-dependent murine T-ALL cells, which are rescued from withdrawal of c-myc by retroviral transduction of activated Notch1. This Notch1-mediated rescue is associated with the up-regulation of endogenous murine c-myc and its downstream transcriptional targets, and the acquisition of sensitivity to Notch pathway inhibitors. Additionally, we show that primary murine thymocytes at the DN3 stage of development depend on ligand-induced Notch signaling to maintain c-myc expression. Together, these data implicate c-myc as a developmentally regulated direct downstream target of Notch1 that contributes to the growth of T-ALL cells.
    Genes & Development 09/2006; 20(15):2096-109. DOI:10.1101/gad.1450406 · 12.64 Impact Factor
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    ABSTRACT: Die gamma-Sekretase ist ein Proteasekomplex, der aus vier Komponenten, Presenilin (PS), Nicastrin (NCT), APH-1 und PEN-2, besteht und der die intramembranöse Prozessierung verschiedener Typ I Transmembranproteine, einschliesslich des Alzheimer-assoziierten beta-Amyloid Vorläuferproteins, katalysiert. In der vorliegenden Arbeit wurden stabile PEN-2 RNAi-Knockdown Zellen (PEN-2KD) dazu verwendet, um Hinweise auf die Funktion von PEN-2 bei der Assemblierung und Reifung des gamma-Sekretasekomplexes, die Rolle von PEN-2 im aktiven Komplex und für die gamma-Sekretaseaktivität zu erhalten. Zusätzlich wurden, vor dem Hintergrund des PEN-2KD, RNAi-resistente PEN-2 Varianten analysiert, die in einer Struktur- /Funktionsanalyse auf ihre Fähigkeit hin untersucht wurden, den Defekt des PEN- 2KD aufzuheben, um damit funktionell wichtige Domänen im PEN-2 Protein zu identifizieren. Der Knockdown von PEN-2 war mit gestörter Reifung von NCT und blockierter PS Endoproteolyse assoziiert. PS akkumulierte als Vollängenprotein (PSholo), das durch Komplexbildung mit NCT und APH-1 stabilisiert wurde. In Abwesenheit von PEN-2 können PS, NCT und APH-1 zu einem trimeren Komplex assemblieren, PEN- 2 ist danach allerdings notwendig, um die Reifung des gamma-Sekretasekomplexes durch Initialisierung der PS Endoproteolyse einzuleiten. Interessanterweise bewirkte der Knockdown von PEN-2 auch in Endoproteolyse defizienten SwAPP/PS1 deltaExon9 Zellen einen Defekt in der Reifung von NCT. Dies schlägt eine generelle Rolle von PEN-2 bei der Reifung und für die Aktivität der gamma-Sekretase vor, die unabhängig von der PS Endoproteolyse ist. Die Defekte des PEN-2KD konnten effektiv durch RNAi-resistentes wt-PEN-2 revertiert werden. In der folgenden Struktur-/Funktionsanalyse erwies sich am N-Terminus mit einem Epitop-tag verlängertes PEN-2 als voll funktionell, wohingegen sowohl die Verlängerung des C-Terminus mit einem tag, als auch eine Trunkierung des C-Terminus (PEN-2 deltaC) defekte PEN-2 Varianten hervorrief. Diese konnten zwar die Akkumulation von PSholo, die mit dem Knockdown von PEN-2 assoziiert war ausgleichen, konnten aber weder normale Spiegel an PS-NTF und -CTF herstellen, noch für eine Reifung von NCT sorgen. PEN-2 deltaC war sehr instabil und wurde schnell vom Proteasom abgebaut, was mit der Unfähigkeit einen stabilen gamma-Sekretasekomplex zu bilden konsistent war. Zusätzlich verursachte die Expression von PEN-2 deltaC eine selektive Instabilität des PS-NTF/-CTF Heterodimers, das ebenfalls vom Proteasom abgebaut wurde, wohingegen NCT und APH-1 stabil blieben. Der C-Terminus von PEN-2 ist nicht für die Einleitung der PS Endoproteolyse notwendig. Danach wird er allerdings benötigt um die entstandenen PS Fragmente und PEN-2 selbst im Komplexzu stabilisieren. Um den PEN-2 C-Terminus genauer zu untersuchen, wurden unterschiedliche Deletionen und Mutationen mehrerer konservierter Aminosäuren, im PEN-2KD auf funktionelle Aktivität hin analysiert. Progressive Verkürzung des C-Terminus bewirkte einen zunehmenden Funktionsverlust. Dieser wurde auch bei einer internen Deletion oder der groben Verdopplung der Länge durch einen Epitop-tag beobachtet. Interessanterweise störte nur die kombinierte, nicht aber die einzelne Mutation der konservierten Aminosäuren D90, F94, P97 und G99 die Funktion von PEN-2. Alle funktionslosen Mutanten erlaubten zwar die PS Endoproteolyse, die PS Fragmente und PEN-2 selbst waren aber instabil und wurden durch das Proteasom abgebaut. Länge und gesamter Sequenzkontext des PEN-2 C-Terminus sind also, in der engen räumlichen Anordnung der Komplexpartner, für die Stabilisierung des PS-NTF/- CTF Heterodimers und von PEN-2 selbst im gamma-Sekretasekomplex notwendig. Die Interaktion der C-terminalen PEN-2 Mutanten mit den PS Fragmenten und den anderen beiden Komplexpartnern konnte allerdings unter Bedingungen, wo der proteasomale Abbau blockiert war, wiederhergestellt werden. Somit wurde ein Komplex aus allen vier essentiellen gamma-Sekretasekomponenten stabilisiert und isoliert, der zwar vollständig assembliert, aber noch nicht komplett gereift war. Dieser prämature Komplex zeigte noch keine gamma-Sekretaseaktivität, für welche sowohl die vollständige Assemblierung der Komponenten, als auch deren komplette Reifung essentiell sind. Zusammenfassend schlagen die vorliegenden Daten folgende Funktionen für PEN- 2 im gamma-Sekretasekomplex vor: PEN-2 wird für die Reifung des gamma-Sekretasekomplexes und die Einleitung der PS Endoproteolyse benötigt. Darüber hinaus stabilisiert PEN-2 die, durch die Endoproteolyse entstandenen PS Fragmente im Komplex. Für letztere Funktion ist ein in Länge und Gesamtsequenzkontext intakter C-Terminus wichtig, der allerdings für die Einleitung der PS Endoproteolyse nicht benötigt wird. Unabhängig von der Rolle bei der PS Endoproteolyse ist PEN-2 aber generell für die Reifung und Aktivität des gamma-Sekretasekomplexes wichtig.