Evolutionary and phenotypic characterization of lysine 131, a novel polyubiquitination site in the mammalian glucocorticoid receptor

Abstract

The primary topic of this dissertation is the effect of a single amino acid polymorphism in the glucocorticoid receptor (GR) protein, which is the main stress hormone receptor in mammals. Previously, a lysine residue was identified as a novel polyubiquitination site in some, but not all, mammalian GR proteins. Whereas most primates and rodents encode an arginine (R131), bats, camels, and ancestral mammals encode a lysine at this position (K131). Presence of the K131 allele results in ligand-dependent GR degradation in vitro. As part of this dissertation, I conducted ancestral sequence reconstruction and positive selection analysis of the mammalian GR protein, identifying key areas of structural diversity. To analyze the phenotypic effect of the K131 allele, I generated a R131K transgenic mouse line as well as transgenic bat, human, and mouse cell lines as model systems. In particular, effects of the K131 allele were evaluated in the context of NLRP3 inflammasome activation ex vivo and influenza A virus (IAV) infection in vivo. The K131 allele had an apparently deleterious effect on IAV disease progression in mice, suggesting that GR protein levels may be a source of diversity in the mammalian immune response to infection.

Das Hauptthema dieser Dissertation ist die Auswirkung eines einzelnen Aminosäure-Polymorphismus im Glucocorticoid-Rezeptor (GR), dem wichtigsten Stresshormon-Rezeptor bei Säugetieren. Zuvor wurde ein Lysinrest als neuartige Polyubiquitinierungsstelle in einigen, aber nicht allen GR-Proteinen von Säugetieren identifiziert. Während die meisten Primaten und Nagetiere für ein Arginin kodieren (R131), kodieren Fledermäuse, Kamele und anzestrale Säugetiere für ein Lysin an dieser Stelle (K131). Das Vorhandensein des K131-Allels führt zu der ligandenabhängigen GR-Degradation in vitro. Im Rahmen dieser Dissertation führte ich eine Rekonstruktion der Vorgängersequenz und eine Analyse der positiven Selektion des GR-Proteins von Säugetieren durch und identifizierte Schlüsseldomänen, die Aufschlüsse über dessen strukturelle Vielfalt liefert. Um die phänotypischen Auswirkungen des K131-Allels zu analysieren, habe ich eine transgene R131K-Mauslinie, sowie transgene Fledermaus-, Human- und Mauszelllinien als Modellsysteme erzeugt. Insbesondere wurden die Auswirkungen des K131-Allels im Zusammenhang mit der NLRP3-Inflammasom-Aktivierung ex vivo und der Influenza-A-Virus (IAV)-Infektion in vivo untersucht. Das K131-Allel wirkte sich offenbar nachteilig auf den Verlauf der IAV-Erkrankung bei Mäusen aus, was darauf hindeutet, dass die Menge des GR-Proteins die Ursache für diverse Immunantworten von Säugetieren auf eine Infektion sein kann.