Investigation of the interplay of SUMOylation and phosphorylation on pea3 stability in neuronal cells

Abstract

The Pea3 family belongs to the superfamily of ETS domain transcription factors, which includes the Pea3/ETV4, Erm/ETV5, and Er81/ETV1 proteins. The MAPK/ERK signaling pathway regulates Pea3 family members. It has also been shown that Pea3 has some post-translational modifications such as phosphorylation and SUMOylation. However, the specific regions required for these modifications have been defined for Erm and Er81, but these modifications and their effects are not fully known for Pea3. In previous studies on neural cell lines, it was shown that Pea3's Serine 90 and Serine 458 motifs are important in axon elongation. At the same time, according to another study, it is found that Serine 101, 192 and 285 regions may also be effective in neurite elongation. Some findings in other studies in the literature show that regulation of the stability of Pea3 proteins can be achieved by phosphorylation and SUMOylation. Within the scope of this thesis, plasmids encoding Pea3 and phospho-mutant Pea3 proteins, which are thought to have an effect on neurite elongation, were transfected into the NSC-34 cell line. It has been observed that there is a significant connection between the loss of phosphorylation ability of phospho-mutant Pea3 proteins and the loss of SUMOylation ability of these proteins. The effect of these two important post-translational processes on the stability of Pea3 proteins was investigated and it was found that the proteins lost their stability after 3 hours. Determining the regulation of different phosphorylation sites, which are thought to be effective on neurite elongation and phosphorylation and SUMOylation processes, which are directly linked to the functionality of proteins, will contribute to the elucidation of an important molecular mechanism for axon elongation and neuron regeneration. Pea3 ailesi, Pea3/ETV4, Erm/ETV5 ve Er81/ETV1 proteinlerini içeren ETS alanı transkripsiyon faktörleri süper ailesine aittir. Pea3 ailesi üyeleri, MAPK/ERK sinyal yolu tarafından düzenlenir. Ayrıca Pea3’nin fosforilasyon ve SUMOlasyon gibi bazı transkripsiyon sonrası modifikasyonlara sahip olduğu da gösterilmiştir. Ancak bu modifikasyonlar için gereken spesifik bölgeler Erm ve Er81 için tanımlanmış olup Pea3 için bu modifikasyonlar ve etkileri tam olarak bilinmemektedir. Nöral hücre hatları üzerinde daha önce yaptığımız çalışmalarda Pea3'ün akson uzamasında Serin 90 ve Serin 458 motiflerinin önemli olduğu gösterilmiştir. Aynı zamanda yapılan diğer bir çalışmaya göre Serin 101, 192 ve 285 bölgelerinin de nörit uzamasında etkili olabileceği düşünülmektedir. Literatürdeki diğer çalışmalarda Pea3 proteinlerinin stabilitesinin düzenlenmesinin fosforilasyon ve SUMOlasyon ile sağlanabileceğini gösteren bazı bulgular bulunmaktadır. Bu tez kapsamında, Pea3 ile nörit uzaması üzerine etkisi olduğu düşünülen fosfo-mutant Pea3 proteinlerini kodlayan plazmitler NSC-34 hücre hattına transfekte edilmiştir. Fosfo-mutant Pea3 proteinlerinin fosforillenme yeteneklerini kaybetmesiyle birlikte bu proteinlerin SUMOillenme yeteneklerini kaybetmesi arasında anlamlı bir bağlantı olduğu gözlemlenmiştir. Bu iki önemli post-translasyonel sürecin Pea3 proteinlerinin stabiliteleri üzerindeki etkisi araştırılmış ve 3. saat itibariyle proteinlerin stabilitelerinin kaybolduğu bulunmuştur. Proteinlerin fonksiyonelliği ile doğrudan bağlantılı olan fosforilasyon ve SUMOlasyon süreçlerinin nörit uzaması üzerinde etkili olduğu düşünülen farklı fosforlanma bölgelerinin regülasyonlarının belirlenmesi akson uzaması ve nöron rejenerasyonu için önemli bir moleküler mekanizmanın da aydınlatılmasına katkı sağlayacaktır.