Regulation of Inflammatory Signalling by Caspases and M1-linked Ubiquitin Chains in Drosophila melanogaster
Mohan, Aravind Kumar (2023-11-30)
Mohan, Aravind Kumar
Åbo Akademi - Åbo Akademi University
30.11.2023
Kappa: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Artikkelit I & II: CC BY
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4323-3
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4323-3
Tiivistelmä
The NF-κB family of transcription factors are master regulators of innate immune responses and their dysregulation can lead to chronic inflammation and cause diseases like inflammatory bowel disease and cancer. To treat inflammatory diseases, a deeper understanding of regulation of the inflammatory NF-κB pathway at the molecular level is needed. As the signalling mechanisms regulating the NF-κB pathway are highly conserved, the fruit fly Drosophila melanogaster serves as an excellent model to understand the basic principles of the regulatory machinery. The NF-κB pathway activity is tightly regulated by ubiquitin signalling, as E3 ligases conjugate ubiquitin chains to important mediators of the pathway, regulating their function.
In this thesis, I have studied how caspases and ubiquitin E3 ligases activate and restrain NF-κB signalling. We described a Drosophila interleukin 1β-converting enzyme (Drice)-mediated regulation of the Drosophila inhibitor of apoptosis 2 (Diap2), an E3 ligase that generates K63-linked ubiquitin chains, and a potent inducer of NF-κB. Drice functions by restraining Diap2 function under basal conditions in order to avoid unnecessary activation of NF-κB pathway induced by commensal bacteria. We also described the formation of M1-linked ubiquitin chains in flies upon infection, and identified Linear ubiquitin E3 ligase (LUBEL) as the enzyme responsible for formation of these chains. We found that M1-linked ubiquitin chains are important for activation of the NF-κB pathway in the intestinal epithelial tissue, showcasing the tissue specific regulation of NF-κB activation. We found previously unknown targets of M1-ubiquitination in the Drosophila Imd pathway, the Inhibitor of κB kinase γ (IKKγ) Kenny, and Death related ced-3/Nedd2-like caspase (Dredd). Similar to mammalian IKKγ, we also found that Kenny associated with M1-linked Ub chains, showing the conservation of function between mediators of mammalian and Drosophila NF-κB pathway. Finally, we found a novel mode of regulation of Kenny, where cleavage by Dredd protected Kenny from autophagosomal degradation, and this process was dependent on M1-ubiquitination. Our findings from this thesis have improved the understanding of the Drosophila NF-κB pathway by uncovering new mechanisms of regulation of NF-κB signalling by ubiquitination and caspases. NF-κB-transkriptionsfaktorfamiljen är nyckelreglerare av det medfödda immunförsvaret och okontrollerad reglering av NF-κB:s aktivitet kan leda till kronisk inflammation och förorsaka sjukdomar som inflammatorisk tarmsjukdom och cancer. För att behandla inflammatoriska sjukdomar krävs en djupare förståelse av de molekylära mekanismer som reglerar den inflammatoriska NF-κB-signaleringsräckan. Eftersom dessa signaleringsmekanismer är välbevarade, fungerar bananflugan, Drosophila melanogaster som en utmärkt modellorganism för att förstå de grundläggande principerna för NF-κB-reglering. Aktiveringen av NF-κB-signaleringsräckan regleras noggrant av en proteinmodifikation som kallas ubikvitinering, eftersom E3-ubikvitinligaser konjugerar ubikvitinkedjor till viktiga NF-κB-signalförmedlare, vilket därmed kontrollerar deras funktion.
I denna avhandling har jag studerat hur kaspaser och E3- ubikvitinligaser aktiverar och hämmar NF-κB-signalering. Vi har beskrivit hur kaspaset Drosophila interleukin-1β-converting enzyme (Drice) kontrollerar Drosophila inhibitor of apoptosis 2 (Diap2), som är ett E3-ligas som genererar K63-kopplade ubikvitinkedjor och är en effektiv aktiverare av NF-κB. Drice fungerar genom att hämma Diap2-funktionen under basala förhållanden för att undvika att kommensala bakterier aktiverar NF-κB i onödan. Vi har också beskrivit att M1-kopplade ubikvitinkedjor syntetiseras vid bakteriell infektion i bananflugan, och har identifierat att Linear ubiquitin E3-ligase (LUBEL) är enzymet ansvarigt för bildandet av dessa kedjor. Vi har funnit att M1-kopplade ubikvitinkedjor är viktiga för aktiveringen av NF-κB-signaleringsräckan i tarmepitelvävnad, vilket påvisar en vävnadsspecifik reglering av NF-κB-aktiveringen. Vi har även funnit tidigare okända målproteiner för M1-ubikvitinering i bananflugans Imdsignaleringsräcka; kinaset Inhibitor of κB kinase γ (IKKγ) Kenny och kaspaset Death related ced-3/Nedd2-like caspase (Dredd). Vi har funnit att Kenny binder till M1-kopplade ubikvitinkedjor på samma sätt som IKKγ-proteinet i däggdjur, vilket antyder att NF-κB-signalförmedlare fungerar liknande i däggdjur och bananflugan. Slutligen har vi funnit en ny regleringsmekanism för Kenny, där Dredd skyddar Kenny från autofagosomal nedbrytning genom att klyva bort degraderingssignalsekvensen i Kenny. Dessutom har vi visat att denna process är beroende av M1-ubikvitinering. Sammanfattningsvis har resultaten från denna avhandling förbättrat förståelsen av de mekanismer som styr Drosophilas NF-κB-signalering och avslöjat nya regleringsmekanismer för NF-κB-signalering genom ubikvitinering och kaspaser.
In this thesis, I have studied how caspases and ubiquitin E3 ligases activate and restrain NF-κB signalling. We described a Drosophila interleukin 1β-converting enzyme (Drice)-mediated regulation of the Drosophila inhibitor of apoptosis 2 (Diap2), an E3 ligase that generates K63-linked ubiquitin chains, and a potent inducer of NF-κB. Drice functions by restraining Diap2 function under basal conditions in order to avoid unnecessary activation of NF-κB pathway induced by commensal bacteria. We also described the formation of M1-linked ubiquitin chains in flies upon infection, and identified Linear ubiquitin E3 ligase (LUBEL) as the enzyme responsible for formation of these chains. We found that M1-linked ubiquitin chains are important for activation of the NF-κB pathway in the intestinal epithelial tissue, showcasing the tissue specific regulation of NF-κB activation. We found previously unknown targets of M1-ubiquitination in the Drosophila Imd pathway, the Inhibitor of κB kinase γ (IKKγ) Kenny, and Death related ced-3/Nedd2-like caspase (Dredd). Similar to mammalian IKKγ, we also found that Kenny associated with M1-linked Ub chains, showing the conservation of function between mediators of mammalian and Drosophila NF-κB pathway. Finally, we found a novel mode of regulation of Kenny, where cleavage by Dredd protected Kenny from autophagosomal degradation, and this process was dependent on M1-ubiquitination. Our findings from this thesis have improved the understanding of the Drosophila NF-κB pathway by uncovering new mechanisms of regulation of NF-κB signalling by ubiquitination and caspases.
I denna avhandling har jag studerat hur kaspaser och E3- ubikvitinligaser aktiverar och hämmar NF-κB-signalering. Vi har beskrivit hur kaspaset Drosophila interleukin-1β-converting enzyme (Drice) kontrollerar Drosophila inhibitor of apoptosis 2 (Diap2), som är ett E3-ligas som genererar K63-kopplade ubikvitinkedjor och är en effektiv aktiverare av NF-κB. Drice fungerar genom att hämma Diap2-funktionen under basala förhållanden för att undvika att kommensala bakterier aktiverar NF-κB i onödan. Vi har också beskrivit att M1-kopplade ubikvitinkedjor syntetiseras vid bakteriell infektion i bananflugan, och har identifierat att Linear ubiquitin E3-ligase (LUBEL) är enzymet ansvarigt för bildandet av dessa kedjor. Vi har funnit att M1-kopplade ubikvitinkedjor är viktiga för aktiveringen av NF-κB-signaleringsräckan i tarmepitelvävnad, vilket påvisar en vävnadsspecifik reglering av NF-κB-aktiveringen. Vi har även funnit tidigare okända målproteiner för M1-ubikvitinering i bananflugans Imdsignaleringsräcka; kinaset Inhibitor of κB kinase γ (IKKγ) Kenny och kaspaset Death related ced-3/Nedd2-like caspase (Dredd). Vi har funnit att Kenny binder till M1-kopplade ubikvitinkedjor på samma sätt som IKKγ-proteinet i däggdjur, vilket antyder att NF-κB-signalförmedlare fungerar liknande i däggdjur och bananflugan. Slutligen har vi funnit en ny regleringsmekanism för Kenny, där Dredd skyddar Kenny från autofagosomal nedbrytning genom att klyva bort degraderingssignalsekvensen i Kenny. Dessutom har vi visat att denna process är beroende av M1-ubikvitinering. Sammanfattningsvis har resultaten från denna avhandling förbättrat förståelsen av de mekanismer som styr Drosophilas NF-κB-signalering och avslöjat nya regleringsmekanismer för NF-κB-signalering genom ubikvitinering och kaspaser.