Functional analysis of the Bazooka protein in the establishment of cell polarity in Drosophila melanogaster

Abstract

Für Komponenten des sogenannten PAR/aPKC- (partitioning-defective / atypische Proteinkinase C) Komplexes wurde nachgewiesen, dass sie eine Schlüsselrolle in der Entstehung und Erhaltung der Zellpolarität in unterschiedlichen Zelltypen spielen. Die grundlegenden Mechanismen scheinen hierbei in der Evolution zwischen Wurm und Mensch stark konserviert zu sein. Forschung an der Fruchtfliege Drosophila melanogaster hat gezeigt, dass Bazooka als Kernkomponente des PAR/aPKC Komplexes an der Spitze einer komplexen Hierachie steht, die die Zellpolarität reguliert. Nicht nur für die Etablierung der Zellpolarität in epithelialen Zellen, sondern auch für die asymmetrische Zellteilung der neuralen Stammzellen (Neuroblasten) und für die Determinierung der Schicksale der beiden Tochterzellen ist die asymmetrische Lokaliserung von Bazooka essentiell. Trotzdem ist immer noch nicht geklärt, wie genau Bazooka selbst an die Membran lokalisiert wird und wie diese Rekrutierung während der Etablierung der Zellpolarität reguliert wird. In der vorliegenden Studie wurde eine systematische Strukturanalyse des Bazooka- Proteins vorgenommen, indem Fusionsproteine aus Bazooka-Deletionskonstrukten und dem grünen fluoreszierenden Protein (GFP) in transgenen Fliegen und in der Zellkultur exprimiert wurden. Dabei wurde festgestellt, dass die C-terminale Region von Bazooka ein neues Lipid-Bindemotiv enthält und essentiell für die Membranlokalisierung des Proteins ist. Des weiteren wurde die Rolle von zwei Phosphorylierungen näher untersucht: Zum einen die Phosphorylierung und Dephosphorylierung des konservierten Serinrestes 1085 durch die Kinase PAR-1 und die Phosphatase PP2A, wodurch die apikal-basale Polarität in Neuroblasten kontrolliert wird. Dies geschieht durch die Regulierung einer Bindestelle für die Adaptorproteine 14-3-3ε und Leonardo. Defekte in dieser Signalkaskade führen in einem hohen Anteil embryonaler Neuroblasten zu einer Umkehr der apikal-basalen Polarität. Zweitens wurde die Interaktion zwischen Bazooka und aPKC, welches Bazooka an dem konservierten Serinrest 980 phosphoryliert, genauer charakterisiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Überexpression einer nicht phosphorylierbaren Variante von Bazooka zu einem drastischen dominant-negativen Phänotyp führt, der mit einem Verlust der Zellpolarität und embryonaler Letalität verbunden ist.