The effect of the polyglutamine expansion of the Androgen Receptor on the ubiquitin proteasome system for protein degradation

• Main Author: Scanlon, Thomas Carr
• Other Authors: Mark Anthony Trifiro (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2008
• Subjects: Biology - Molecular
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=21918

The Androgen Receptor (AR; Xq11.2-q12) is a well-characterized X-linked gene. The AR protein functions primarily as a steroid-activated transcription factor. A structural feature of the AR transactivational domain (TAD) called the polyglutamine tract will be the primary focus of this thesis. The polyglutamine tract is an uninterrupted stretch of glutamine residues, polymorphic in length, that contributes to the transactivational potential of the receptor, and has also been demonstrated to be the causative agent in Spinal and Bulbar Muscular Atrophy (SBMA). SBMA is a late-onset neurological disease caused by an expansion of the polyglutamine tract in the AR. Immunohistopathological investigations of affected tissue in SBMA patients reveal strong anti-AR staining in discrete, electrodense regions, termed "inclusion bodies" or "protein aggregates". This finding has been corroborated by various transfection studies comparing wild type and polyglutamine tract-expanded AR, leading to a large variety of hypotheses regarding the formation and potential toxicity of these structures. The consistent observation of accumulated, insoluble polyglutamine-expanded protein suggests a malfunction of the normal mechanisms of protein clearance. The primary goal of this thesis is to explore the effect of the polyglutamine expansion mutation in the AR on the ubiquitin proteasome system of protein degradation (UPS). To this end, several strategies have been implemented. A classic proteasome reporter cell line was used to create a cell culture model of SBMA to show evidence for involvement of the UPS in SBMA. To investigate the putative nuclear dependence of polyglutamine-mediated toxicity, transfection studies using a mutant AR with defective nuclear localization signal were also performed in this cell line. In an attempt to unequivocally demonstrate polyglutamine-expanded protein degradation by the proteasome, efforts were made to create an entirely in vitro method to test === Le récepteur androgène (AR), un gène situé sur le chromosome X en position Xq11.2-q12 est, à prime abord, un facteur transcriptionnel activé via les hormones stéroïdiennes. Le sujet de cette thèse se concentre sur un domaine structural du récepteur androgène, lequel s'avère nécessaire pour l'activité transcriptionnelle du récepteur. Ce domaine nommé « polyglutamine tract » consiste en une séquence répétitive et ininterrompue de glutamine dont le nombre est polymorphe. Le nombre de répétition affecte directement le potentiel transactivationnel du récepteur et s'avère être l'élément causal de l'atrophie spinobulbaire (SBMA; SpinoBulbar Muscular Atrophy). L'atrophie spinobulbaire est une maladie neurologique se développant tardivement chez l'adulte. Celle-ci est causée par une expansion du nombre de répétition de glutamine formant le « polyglutamine tract » du récepteur androgène. L'investigation par immunohistopathologie de tissus provenant de patients atteints de SBMA révèle une concentration dense du récepteur androgène sous forme d'agrégats protéiques nommé corps d'inclusion. Cette découverte sur le potentiel toxique de ces structures a été corroborée par plusieurs études de surrexpression du gène AR normal (WT; Wild Type) ainsi que la version ayant subie une expansion du nombre de glutamine. L'observation constante des agrégats insolubles de la protéine AR portant l'expansion de glutamine suggère un problème au niveau de sa gestion par les mécanismes de dégradation protéiques normaux. Le but premier de cette thèse est d'explorer les effets causés sur la dégradation par le système ubiquitine/protéasome (UPS) du récepteur androgène à la suite d'une expansion du nombre de répétition de glutamine dans le gène. Pour ce faire, plusieurs stratégies ont dues être utilisées à l'aide d'une lignée cellulaire servant de modèle pour l'atrophie spinobulbaire (SBMA). Pour montrer l'effet de l