Molecular logic of the Notch ligands in development and disease

Abstract

The Notch signalling pathway is one of the key signal transduction pathways in the embryonic development of all metazoa. In mammals, the "canonical" signalling occurs on four Notch receptors, and it is triggered by five ligands varying in both their structures and functions. The importance of the pathway for embryonic development is reflected by the fact that mutations of either receptors or ligands result in various congenital disorders. A prime example is the Alagille syndrome - a rare multisystemic condition caused by mutations of the Notch ligand Jagged1 in 94 % of cases. Much of the research effort so far was concentrated into elucidating how the Notch receptors operate, however one could argue the importance of ligand activity regulation is even higher. This thesis thus aims to provide a comprehensive comparison of the five mammalian Notch ligands' structures and roles in developmental processes. The main focus of the thesis is the variability of ligand-receptor interactions and biophysical mechanisms of signalling, highlighting the importance of the Notch ligands' intracellular domains' interactions.

Signální dráha Notch je jednou z klíčových forem transdukce signálu v embryonálním vývoji všech metazoa. U savců se kanonické signalizace na čtyřech Notch receptorech účastní pět ligandů lišících se mezi sebou svou strukturou i funkcí. Zásadní význam této signalizační dráhy v embryonálním vývoji odráží vrozené vady způsobené mutacemi receptorů či ligandů. Ukázkovým příkladem takovéto vrozené poruchy je Alagillův syndrom - vzácné multisystémové onemocnění způsobené v 94 % případů mutacemi Notch ligandu Jagged1. Podstatná část dosavadního výzkumu byla směřována k Notch receptorům za účelem osvětlení jejich funkcí, nicméně je nasnadě tvrdit, že regulace aktivity dráhy ligandy může mít v signalizaci dokonce větší význam. Tato práce si proto klade za cíl komplexní srovnání pěti savčích ligandů dráhy Notch, jejich struktur a funkcí ve vývojových procesech. Práce se zaměřuje na variabilitu interakcí ligand-receptor a biofyzikální mechanismy signalizace, přičemž zdůrazňuje význam intracelulárních domén Notch ligandů v těchto interakcích.