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Zusammenfassung:
Die Plasmamembran von polaren Epithelzellen besitzt eine asymmetrische Organisation, die durch eine funktionell und morphologisch unterscheidbare apikale und basolaterale Domäne charakterisiert ist. Diese Polarität ist Voraussetzung für die Integrität des Epithelgewebes und den gerichteten Proteintransport. Die Entstehung und Aufrechterhaltung der zellulären Polarität hängt von einer hochspezialisierten zellulären Sortier- und Transportmaschinerie ab. Die Mikrotubuli sind ein wichtiger Bestandteil der Transportmaschinerie und stellen die Transportwege für die Beförderung von Vesikeln bereit. Wichtige Merkmale von Mikrotubuli sind die vielfältigen posttranslationalen Modifikationen. Eine dieser Modifikationen stellt die Detyrosinierung am C-Terminus des α-Tubulins dar. Im Kreislauf der Tyrosinierung und Detyrosinierung wird dieses Tyrosin durch einen Vasohibin/ Chaperon-Komplex entfernt und kann durch die Tubulin Tyrosin Ligase (TTL) wieder angefügt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss der Detyrosinierung auf die Zellpolarität von MDCK-Zellen, Epithelzellen der Hundeniere, untersucht. Der TTL- Knockout führte zu einer dramatischen Erhöhung der detyrosinierten Tubulin-Menge sowie zu einem Anstieg an acetyliertem Tubulin. Die Veränderung des Tubulin-Gehalts hin zu detyrosiniertem oder tyrosiniertem Tubulin durch Modulation der TTL-Expression beeinflusste die epitheliale Morphologie der Zellen. Interessanterweise waren TTL-Knockout Zellen mobiler als TTL-überexprimierende Zellen. Darüber hinaus scheinen detyrosinierte Mikrotubuli die Anzahl und Größe von fokalen Adhäsionen zu beeinflussen. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass eine dynamische Anpassung von detyrosinierten und tyrosinierten Mikrotubuli für den regulierten Ablauf der Zellpolarisierung, der Migration sowie der Adhäsion essentiell ist. Neben Mikrotubuli besteht die Sortier- und Transportmaschinerie aus einem breiten Spektrum bestimmter Proteine, die für die Sortierung und Beförderung zur jeweiligen Membrandomäne wichtig sind. Dazu zählen Motorproteine, Adapterproteine, Lektine, Rab-Proteinen und die zu transportierenden Proteine. Darunter befindet sich auch die große GTPase Myxovirus Resistance Protein 1 (Mx1), ein Mitglied der Dynamin- Superfamilie. Dieses Protein wurde auf apikalen post-Golgi Vesikeln identifiziert. Mx- Proteine gelten als streng Interferon-reguliert, die nur nach einer viralen Infektion exprimiert werden. In MDCK-Zellen besitzt Mx1 keine antivirale Aktivität und es wird konstitutiv exprimiert. Viele charakteristische Eigenschaften der Mx-Proteine lassen auf eine Funktion in grundlegenden, zellulären Prozessen schließen. So wurde die große GTPase als wichtige regulatorische Komponente des apikalen Transportsystems identifiziert. Dabei befindet sich die große GTPase auf frühen und späten sekretorischen Kompartimenten. Da Mx1-positive Strukturen sehr beweglich sind und ein dynamisches Verhalten aufweisen, wurde mit Hilfe von Lebendzellaufnahmen die Dynamik dieser Strukturen in Abhängigkeit des Mikrotubuli-Zytoskeletts untersucht. Die Depolymerisation der Mikrotubuli durch Nocodazol führte zu einem eingeschränkten Langstreckentransport. Mittels biochemischer und fluoreszenzmikroskopischer Methoden war es möglich, die Assoziation von caninem Mx1 mit α-Tubulin nachzuweisen. Außerdem konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass Mx1 mit dem Kinesin- Motorprotein Kif5B interagiert. In Übereinstimmung mit dieser Beobachtung führte der Knockout von Mx1 oder die Mutation im Membraninteraktions-Motiv der unstrukturierten L4-Schleifenregion zu einem verminderten apikalen Proteintransport. Diese Mx1-Mutante war trotz mutiertem Membraninteraktions-Motiv in der Lage an Kif5B zu binden. Jedoch führte die Mutation zur Elongation der Mx1-positiven Kompartimente. Es ist daher denkbar, dass Mx1 aufgrund der Strukturähnlichkeiten mit den klassischen Dynaminen auch eine Funktion in der Abschnürung von Transportvesikeln besitzt. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals die funktionale Rolle der großen GTPase Mx1 im apikalen Proteintransport aufgezeigt werden. Mx1 stabilisiert nicht nur die Assoziation zwischen Kif5B, den Mikrotubuli und apikalen Transportvesikeln sondern unterstützt auch die Vesikelfission.

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