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Recognition of basic sorting motifs within synaptic membrane cargo proteins by the clathrin-adaptor complex AP-2

dc.contributor.advisorFigura, Kurt von Prof. Dr. Dr. h.c.de
dc.contributor.authorKastning, Kathrinde
dc.date.accessioned2012-04-16T14:56:52Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:32Zde
dc.date.issued2005-08-24de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AC69-8de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-648
dc.description.abstractKommunikation im zentralen Nervensystem erfolgt über chemische Synapsen, die interzelluläre, asymmetrische Verbindungen zwischen einem Axon und dem Dendriten eines benachbarten Neurons darstellen. Synapsen bestehen aus einer präsynaptischen Signal freisetzenden und einer postsynaptischen Signal empfangenden Stelle. Internalisierung von synaptischen Proteinen mittels clathrin-umhüllter Vesikel spielt eine wichtige Rolle in der Regulierung von Prozessen an beiden synaptischen Seiten. An der Präsynapse werden synaptische Vesikel Proteine und überschüssige Membran durch Clathrin-vermittelte Endozytose zurückgeführt.An der Postsynapse kann die Stärke der Signalweiterleitung durch clathrin-vermittelte Endozytose von Neurotransmitterrezeptoren moduliert werden.Eine Voraussetzung für clathrin-vermittelte Endozytose bildet die Erkennung von Protein-Ladung durch Sortierungssignale in deren zytoplasmatischem Ende durch den heterotetrameren Clathrin-Adaptor AP-2 oder andere monomere Adaptoren.In dieser Arbeit zeigen wir, daß die mittlere Untereinheit µ2 des AP-2 Komplexes direkt mit dem zytoplasmatischen Schwanz der exzitatorischen AMPA-Rezeptor Untereinheit GluR2 über ein dibasisches Motiv interagiert.An der Präsynapse schafft die Erkennung einer dibasischen Sequenz in der C2B-Domäne des synaptischen Vesikelproteins Synaptotagmin 1 durch µ2-adaptin eine Verbindung zur Endozytose-Maschinerie und spielt eine Rolle im Recycling von synaptischen Vesikeln.Wir haben eine Chimäre eingesetzt, um die Rolle des dibasischen Erkennungsmotivs im AMPA Rezeptor in der clathrin-vermittelten Endozytose zu charakterisieren. Die dibasische Sequenz genügt, um die clathrin- vermittelte Internalisierung einer Synaptotagmin 1 Chimäre, die das dibasische AMPA Rezeptor Sortierungsmotiv trägt, von der Plasmamembran transfizierter Zellen in Gang zu setzen. Inhibition der Clathrin-vermittelten Endozytose in durch si-RNA, die gegen µ2-adaptin gerichtet ist, verhindert die Internalisierung der Chimäre.Daher stellt die Erkennung basischer Sortierungsmotive durch µ2-adaptin eine direkte Verbindung zur Endozytose-Maschinerie dar, und spielt eine Rolle in der Internalisierung von exzitatorischen AMPA-Rezeptoren analog zur Erkennung des synaptischen Vesikelproteins Synaptotagmin 1 durch AP-2. Diese Arbeit zeigt, daß ein dibasisches Motiv als allgemeines Erkennungssignal in der regulierten Aufnahme von Membranproteinen an beiden Seiten der Synapse dient.Die Etablierung der axonalen Polarität im Verlauf der neuronalen Differenzierung erfordert Reifung einer intrazellulären Sortierungsmaschinerie, die den direkten Transport von synaptischen Vesikelproteinen zur sich bildenden Synapse gewährleistet. Im zweiten Teil dieser Arbeit untersuchten wir die Fragestellung, ob Clathrin-vermittelte Endozytose von der Plasmamembran neuronaler Vorläuferzellen eine Rolle in der Bildung Vorläufer-Organelle zu synaptischen Vesikeln spielt.Als Modellsystem, um die Expressionsmuster synaptischer Vesikelproteine zu untersuchen, benutzten wir die Retinsäure induzierte Differenzierung unpolarer embryonischer Vorläuferzellen zu postmitotischen Neuronen. Die Expression synaptischer Vesikelproteine wird zu einem frühen Stadium der neuronalen Differenzierung, noch vor der Ausbildung von Neuriten und Synaptogenese, eingeschaltet. Synaptische Vesikelproteine befinden sich in einem perinukleären Kompartiment in den neuronalen Vorläuferzellen. Die Kolokalisierung von endozytiertem Transferrin mit endogenen synaptischen Vesikelproteinen in dem perinukleären Kompartiment deutet auf dessen endosomalen Ursprung hin, obwohl keine Kolokalisation mit Markern für frühe oder späte Endosomen beobachtet wurde. Ein Antikörper-Aufnahme-Experiment, in dem ein monoklonaler, gegen die luminale Domäne des synaptischen Vesikelproteins Synaptotagmin 1 gerichteter Antikörper von der Plasmamembran postmitotischer Neuronen aufgenommen und in das perinukleäre Kompartiment sortiert wurde, unterstützt eine mögliche Bedeutung als Recycling-Kompartiment.Unsere Daten favorisieren ein Modell, in dem clathrin-vermitteltes Zyklieren synaptischer Vesikelproteine zwischen der Plasmamembran und einem perinukleären Recycling-Kompartiment in neuronalen Vorläuferzellen in die Biogenese einer Vorläufer-Organelle für synaptische Vesikel eingebunden sein könnte, die den Transport von synaptischen Vesikelproteinen entlang des Axons zur naszierenden Synapse vermittelt.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleRecognition of basic sorting motifs within synaptic membrane cargo proteins by the clathrin-adaptor complex AP-2de
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedDie Erkennung basischer Sortierungsmotive in synaptischen Membranproteinen durch den Clathrin-Adaptor-Komplex AP-2de
dc.contributor.refereeBraus, Gerhard Prof. Dr.de
dc.date.examination2005-06-29de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaften, Biologiede
dc.description.abstractengCommunication in the central nervous system (CNS) occurs via chemical synapses, intercellular asymmetric junctions between an axon and the dendrite of a neighbouring neuron. Synapses comprised of a presynaptic release site and a postsynaptic receptive site. Internalization of synaptic proteins by means of clathrin-coated vesicles (CCVs) plays a major role in the regulation of processes at both sides of the synapse. At the presynaptic side synaptic vesicle proteins (SVP) and excess membrane are retrieved by clathrin-mediated endocytosis (CME). At the postsynaptic active zone the strength of signal transmission can be modulated by clathrin-mediated internalization of neurotransmitter receptors. A pre-requisite for CME is the recognition of cargo proteins via sorting signals within their cytoplasmic portion by the heterotetrameric clathrin-adaptor AP-2 or other monomeric adaptors.We provide evidence here that the medium subunit µ2 of the AP-2 complex interacts directly with the cytoplasmic tail of the excitatory AMPA receptor subunit GluR2 via a dibasic recognition motif. At the presynaptic site binding of µ2-adaptin to a dibasic cluster within the C2B-domain of the synaptic vesicle protein (SVP) synaptotagmin 1 provides a link to the endocytic machinery and is implicated in SV recycling. We have used a chimeric approach to analyze the role of the AMPA receptor dibasic recognition motif in CME. The basic cluster was sufficient to facilitate clathrin-mediated internalization of a synaptotagmin 1 chimera carrying the AMPA receptor sorting motif from the plasma membrane of transfected cells. Inhibition of CME in cells transfected with siRNA directed against µ2-adaptin prevented internalization of the chimera. Thus, recognition of the dibasic sorting motif by µ2-adaptin provides a direct link to the endocytic machinery, and is thereby involved in CME of excitatory AMPA type glutamate receptors similar to the recognition of the SVP synaptotagmin 1 by AP-2. This work shows that dibasic motifs function as a common recognition signal in the regulated internalization of membrane cargo proteins from both sides of the synapse. Establishment of axonal polarity during neuronal differentiation requires the maturation of an intracellular sorting machinery that achieves directed transport of SVPs to the nascent synapse. In the second part of this work we have addressed the question if clathrin-mediated internalization from the plasma membrane of neuronal precursor cells plays a role in the formation of a SV precursor organelle.Retinoic acid induced differentiation of unpolarized embryonic precursor cells into postmitotic neurons was used as a model system to study expression patterns of SVPs. The expression of SVPs is switched on at very early stages of neuronal differentiation that precede neurite outgrowth and synaptogenesis. SVPs reside within a perinuclear compartment in neuronal precursor cells. Co-localization of internalized transferrin with endogenous SVPs in the perinuclear compartment of neuronal precursor cells hints at an endosomal origin of the compartment, although no co-localization with markers for early or late endosomes was observed. An antibody feeding assay, in which a monoclonal antibody directed against the luminal domain of the SVP synaptotagmin 1 was internalized from the plasma membrane of postmitotic neurons and sorted into the perinuclear compartment, supports a putative recycling function of the compartment.Our data support a model whereby clathrin-mediated cycling of SVPs between the plasma membrane and a perinuclear recycling compartment in neuronal precursor cells might be involved in the biogenesis of a SV precursor organelle that mediates transport of SVPs along the axon to the nascent synapse.de
dc.contributor.coRefereeGradmann, Dietrich Prof. Dr.de
dc.contributor.thirdRefereeIrniger, Stefan PD Dr.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.gerClathrin-vermittelte Endozytosede
dc.subject.gerAMPA-Rezeptorde
dc.subject.gerAP-2de
dc.subject.engclathrin-mediated endocytosisde
dc.subject.engAMPA receptorde
dc.subject.engAP-2de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-8-5de
dc.identifier.purlwebdoc-8de
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät inkl. Psychologiede
dc.subject.gokfullWHC 700 Zellrezeptorende
dc.subject.gokfullZellrezeptorende
dc.subject.gokfullMembranrezeptorende
dc.subject.gokfullZelluläre Kommunikationde
dc.identifier.ppn502135379de


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