Untersuchungen zu der Entstehung und der Bedeutung löslicher Fragmente der neuralen Zelladhäsionsmoleküle NCAM und L1 im Zentralen Nervensystem der Maus

Zahlreiche Transmembranproteine existieren auch als lösliche Fragmente, die durch regulierte Prozessierung der extrazellulären Domäne dieser Moleküle entstehen. Auch für die Zelladhäsionsmoleküle NCAM und L1, die in zahlreiche essentielle Funktionen des sich entwickelnden sowie adulten Nervensyst...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Kalus, Ina
Beteiligte: Meinhardt, Andreas (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2005
Anatomie und Zellbiologie
Schlagworte:
L1
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Zahlreiche Transmembranproteine existieren auch als lösliche Fragmente, die durch regulierte Prozessierung der extrazellulären Domäne dieser Moleküle entstehen. Auch für die Zelladhäsionsmoleküle NCAM und L1, die in zahlreiche essentielle Funktionen des sich entwickelnden sowie adulten Nervensystems involviert sind, wurde das Vorkommen löslicher Fragmente bestätigt. Die Entstehung löslicher Fragmente des Zelladhäsionsmoleküls NCAM mit einem Molekulargewicht von 110 kDa - 190 kDa konnte bisher nur partiell aufgeklärt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Hypothese bestätigt, dass lösliche Fragmente des Moleküls NCAM durch regulierte Prozessierung der extrazellulären Domäne entstehen. Die Metalloprotease ADAM17 / TACE ist in der Lage, die membranständigen Isoformen NCAM140 und NCAM180 in der Nähe des Membranankers zu spalten und in Abhängigkeit des Glykosylierungsmusters des Proteins, Fragmente mit einem Molekulargewicht von 110 kDa und größer von der Membran zu lösen. Die Spaltung der extrazellulären Domäne des GPI-verankerten NCAM120 basiert dagegen auf einem anderen Mechanismus. Der Metalloproteaseinhibitor GM 6001 zeigt einen inhibitorischen Effekt auf die Freisetzung von löslichen NCAM-Fragmenten. Der darüber hinaus negative Effekt des Metalloproteaseinhibitors auf das NCAM-abhängige Neuritenwachstum, weist auf eine bedeutende funktionelle Rolle der regulierten Prozessierung des Proteins NCAM hin, die unter anderem durch Modulationen des Aktinzytoskeletts reguliert wird. Auch der Calmodulininhibitor CGS 9343 B, der die Freisetzung löslicher NCAM-Fragmente stimuliert, zeigt einen inhibitorischen Effekt auf den Prozess des NCAM-vermittelten Neuritenwachstums. Ob der durch Calmodulin vermittelte Einfluss auf das NCAMabhängige Neuritenwachstum auf einer direkten Interaktion mit seinem Bindungspartner NCAM basiert, bleibt zu klären. Zusätzlich zu der membrangebundenen 200 kDa Form des L1-Moleküls können auch lösliche L1-Fragmente nachgewiesen werden, die durch regulierte Prozessierung der extrazellulären Domäne des Moleküls entstehen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass an der Spaltung des Moleküls L1 in der dritten Fibronektindomäne und der Freisetzung des löslichen Fragmentes L1-140 die Prohormonkonvertase PC5A beteiligt ist. Eine Beteiligung der Prohormonkonvertasen Furin, PC1, PC2, PACE4 und PC7 an der Prozessierung von L1 kann ausgeschlossen werden. Das Fragment L1-140 ist im Hippocampus, jedoch nicht im Kleinhirn nachweisbar, was basierend auf dem Expressionsmuster der Konvertase PC5A die Verantwortlichkeit der Protease für die Prozessierung von L1 bestätigt. Das Fragment L1-140 verbleibt nach seiner Entstehung durch die Ausbildung eines Heterodimers mit einem membranständigen L1-200 membranassoziiert und wird erst durch die Spaltung seines Interaktionspartners von der Membran gelöst. Dies führt zu einer Dissoziation des Komplexes und zu der Freisetzung der löslichen Fragmente L1-180 und L1-140. Für die Spaltung der extrazellulären Domäne des Moleküls L1 in der Nähe des Membranankers, die durch den Kalziumsensor Calmodulin negativ beeinflusst wird, ist eine Metalloprotease verantwortlich. Der Einfluss des Metalloproteaseinhibitors GM 6001 auf das L1-vermittelte Neuritenwachstum weist auf eine bedeutende Rolle des Ectodomain Sheddings des Moleküls für das L1-vermittelte Neuritenwachstum hin. Im Rahmen dieser Studie wurden darüber hinaus weitere lösliche Fragmente des Moleküls L1 nachgewiesen, die auf zusätzliche Schnittstellen in der extrazellulären Domäne von L1 hinweisen. Die Metalloprotease MMP9 scheint an der Prozessierung und Freisetzung dieser Fragmente beteiligt zu sein. Zahlreiche Transmembranproteine werden zusätzlich zu einer Proteolyse der extrazellulären Domäne in ihrer Transmembrandomäne gespalten. Die Voraussetzung für diesen Prozess ist die Abspaltung der extrazellulären Domäne eines Moleküls durch regulierte Prozessierung eines Proteins in der Nähe des Membranankers. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass ein lösliches L1-Fragment von 15 kDa durch eine Spaltung in der Transmembrandomäne von der Plasmamembran gelöst und in den Zellkern transportiert wird. Die Funktion des zytoplasmatischen L1-Fragmentes im Zellkern und eine mögliche Beteiligung an der Regulation der Transkription von Genen sind Fragen, die zu klären bleiben.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2005.0203