The analysis of Cav1α function in Xenopus motoneuron outgrowth and neuromuscular integrity

Caveolin 1 (Cav1) ist ein vielseitiges Membranprotein, das eine Rolle bei der Pathogenese der erblichen Lipodystrophie sowie neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer spielt. Als wesentlicher struktureller Bestandteil von caveolae sowie der caveolae-vermittelten Endozytose, ist es an einem breiten Spektrum zellulärer Prozesse, einschließlich der Regulation der Lipidhomöostase, der Endozytose sowie diversen Signalwegen beteiligt, indem es als Adaptermolekül für eine große Anzahl von Signalmolekülen fungiert. In Mäusen konnte bereits gezeigt werden, dass der Verlust der Cav1-Funktion zu deutlichen neurologischen Anomalien, einschließlich Defiziten in der motorischen Koordination und Muskelkraft, Verhaltensänderungen sowie einer fortschreitenden Neurodegeneration führt. Der exakte molekulare Hintergrund dieser Phänotypen, sowie die genaue Funktion von Cav1 in der Entstehung neurodegenerativer Krankheiten ist noch relativ unbekannt und ist derzeit Gegenstand vieler wissenschaftlicher Studien. In dieser Arbeit wurde deshalb Xenopus laevis als Modellorganismus verwendet, um die entwicklungsbiologische Relevanz von Cav1α, mit Schwerpunkt auf dem neuromuskulären System, zu untersuchen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass der Morpholino Oligonukleotid (MO) -vermittelte Funktionsverlust von Cav1α zu charakteristischen Schwimmdefekten, sowie dem Verlust der muskulären Integrität führt. Expressionsanalysen zeigten eine Expression von Cav1 in Motoneuronen, jedoch nicht in der Muskulatur, was auf eine Funktion von Cav1α in der neuromuskulären Entwicklung hinweist. Dies konnte durch gezielte Injektion von Cav1α MO bestätigt werden, da der spezifische Verlust der Cav1α Expression in neuralen-, jedoch nicht in muskulären Geweben, die charakteristischen Schwimmdefekten reproduzierte. Des Weiteren zeigte sich, dass der Funktionsverlust von Cav1α ein fehlerhaftes Auswachsen der Motorneurone in vivo, sowie morphologische Veränderungen in kultivierten Neuronen in vitro verursacht. Diese Neurone zeigen einen starken Anstieg der Lamellipodien- sowie Filopodienbildung in den Cav1α-Morphant-Axonen. Durch Durchführung von Rettungsexperimenten konnte gezeigt werden, dass Cav1α die Aktivität der kleinen RhoGTPasen Cdc42, Rac1 sowie RhoA während des axonalen Wachstums reguliert. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die posttranslationale Phosphorylierung des Tyrosin-Rest 14 eine wichtige Funktion in der Modulation der RhoGTPasen spielt, da die phosphorylierungs Mutante Cav1α-A14Y nicht in der Lage war die oben genannten Phänotypen zu retten. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit eine bisher nicht bekannte Funktion von Cav1α in der Entwicklung des neuromuskulären Systems, sowie in der Modulation der Aktivität der kleinen RhoGTPasen RhoA, Rac1 und Cdc42 im Wachstum von Motoneuronen in Xenopus Embryonen beschrieben.