Charakterisierung eines neuen Proteins, Mapl-1 und seine Rolle in der Regulation der Pax-6 Funktion.

Abstract

Die Pax-Proteine stellen eine Familie von stark konservierten Transkriptionsfaktoren dar die, während der embryonalen Entwicklung und Organogenese eine Schlüsselrolle spielen. Das gemeinsame Strukturmotiv dieser Genfamilie ist die Paired-Box, die zuerst in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster entdeckt wurde und für eine sequenzspezifische DNA bindende Domäne kodiert. Die Pax-Gene der Maus weisen ein räumlich und zeitlich spezifisches Expressionsmuster auf und sind an verschiedenen Entwicklungsprogrammen beteiligt, bei denen sie hohe Positionen in den entsprechenden regulatorischen Kaskaden einnehmen. Die Funktion von Pax6 ist sowohl bei Vertebraten als auch bei Invertebraten mit der Entwicklung des visuellen Systems eng verknüpft. Das Verständnis der Wikung des Pax6 Proteins während der Embryogenese erfordert die Aufklärung der molekularen Aspekte seiner Funktion. In dieser Arbeit wurde die physikalische Interaktion zwischen Pax6 und einem neu identifizierten Protein, Mapl-1 studiert. Mapl-1 weist ein zu Pax6 weitgehend überlappendes Expressionsmuster auf insbesondere während der frühen Stadien der Augen- und Gehirnentwicklung. Mapl-1 ähnliche Gene konnten aufgrund von Sequenzähnlichkeit sowohl im Menschen als auch in Drosophila und der Nematode Caenorhabditis elegans identifiziert werden und stellen daher eine neue Genfamilie dar. Die Analyse der Interaktion zwischen Pax6 und Mapl-1 in vitro identifizierte die Paired-Domäne von Pax6 als Protein-Protein Interaktionsmotiv. Weiterhin konnte die Paired-Domäne von Pax6 in Form eines Komplexes mit Mapl-1 nicht gleichzeitig mit ihrer DNA Erkennungssequenz wechselwirken. Dies spricht für eine potentielle inhibitorische Wirkung von Mapl-1 auf die DNA-Bindung der Paired-Domäne und darüberhinaus auf die Funktion von Pax6. Die Analyse der zellulären Lokalisation ergab, daß Mapl-1 mit den zellulären Mikrotubuli assoziieren kann. Die Überexpression von Mapl-1 in kultivierten Zellen induzierte eine dramatische Reorganisation der Mikrotubuli und ihre Vernetzung zu Bündeln. Diese Assoziation, die direkt und spezifisch ist führt zu erhöhter Stabilität der zellulären Mikrotubuli und beeinflußt nicht die Organisation der anderen Komponenten des Cytoskeletts. Mapl-1 repräsentiert also ein neues Mikrotubuli assoziiertes Protein" (MAP), das keine Sequenzähnlichkeit zu den bekannten MAPs aufweist. Mapl-1 ist auch in der Lage in den Zellkern transportiert zu werden und besitzt transkriptionsstimulierende Aktivität. Die Regulation der zellulären Lokalisation von Mapl-1 steht unter der Kontrolle von Kern-Import und -Export Signalen. Die Fähigkeit von Mapl-1 gleichzeitig mit Mikrotubuli und mit Pax6 zu interagieren führt in kultivierten Zellen zur ektopischen Retention von Pax6, das ein strikt nukleäres Protein ist, an Cytoskelettfilamente. Die hier präsentierten Daten stellen zum ersten Mal eine Verbindung zwischen dem Cytoskelett und der Regulation der Aktivität der Pax-Proteine her und liefern eine Möglichkeit einige Aspekte der vielseitigen Funktion von Pax6 zu erklären.