Molekulare und funktionelle Analyse des Gens rings lost (CG4420) in der Entwicklung von Drosophila melanogaster

Abstract

Die Oogenese von Drosophila ist ein attraktives Modellsystem, um die Anordnung des Aktinzytoskeletts zu untersuchen. Zu Beginn der Oogenese wird eine 16-Zellzyste etabliert, in der alle Zellen durch Aktin-reiche zytoplasmatische Brücken, die sogenannten Ringkanäle, miteinander verbunden sind. Durch Immunfluoreszenz-Mikroskopie konnten Proteine identifiziert werden, die zusammen mit F-Aktin am inneren Ring der Ringkanäle lokalisieren sowie Proteine, die näher an der Plasmamembran, dem äußeren Ring, positioniert sind. Zusammen regulieren diese Proteine die Stabilität und das Wachstum der Ringkanäle. Des Weiteren wurden subkortikale Aktinfilamente an der Plasmamembran der Keimbahnzellen beschrieben, sowie zytoplasmatische Aktinfilamente die ab Stadium 10 der Oogenese gebildet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein bisher nicht charakterisiertes Gen untersucht, dessen Protein einen Einfluss auf die Regulierung des Aktinzytoskeletts während der Oogenese von Drosophila hat. Keimbahnklone diese Gens zeigen einen Verlust von Ringkanälen in der Keimbahn, weshalb dem Gen der Name rings lost (rngo) verliehen wurde. Die zygotische Nullmutante von rngo ist pupal letal, was bedeutet, dass rngo essentiell für das Überleben der Fliege ist. Diese Letalität kann durch Transgene, die für GFP-Rngo-Fusionsproteine kodieren, gänzlich gerettet werden. Neben dem Verlust von Ringkanälen zeigen rngo-Keimbahnklone Defekte in der Größenkontrolle der Ringkanäle und eine Fehlverteilung von Ringkanal-assoziierten Proteinen. Des Weiteren ist eine Degenerierung der Plasmamembran von Keimbahnzellen und damit einhergehend das Einwandern von Nährzellkernen in die Oozyte sowie eine atypische Morphologie der Nährzellkerne und des Oozytenkerns zu beobachten. In rngo-mutanten Eikammern arretiert die Oogenese vor dem Stadium 9-10 jedoch ohne die Ausbildung von apoptotischen Merkmalen. Rngo weist durch seine Ubiquitin-ähnliche (UBQ)- und Ubiquitin-assoziierte (UBA)-Domäne die typische Struktur eines extraproteasomalen Polyubiquitinrezeptors auf. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Rngo genau wie andere extraproteasomale Polyubiquitinrezeptoren an das Proteasom sowie, vermittelt durch seine UBA-Domäne, an Ubiquitin bindet. Außerdem konnte durch Immunfluoreszenz-Mikroskopie gezeigt werden, dass Rngo mit Ubiquitin und dem Proteasom in Ovarien kolokalisiert. Diese Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass Rngo an der proteasomalen Degradierung von Proteinen beteiligt ist, die für die Aufrechterhaltung des Aktinzytoskeletts notwendig sind. Unter den extraproteasomalen Polyubiquitinrezeptoren nimmt Rngo eine Sonderrolle ein, da die UBQ- und UBA-Domäne eine retrovirale Aspartatprotease-Domäne (RVP) flankieren. Durch die Homodimerisierung von Proteinen, die eine solche RVP-Domäne aufweisen, wird das katalytische Zentrum von z wei Aspartaten gebildet. Bisher wurde jedoch für die humanen Homologe (HDdi1/HDdi2) und das Homolog in der Hefe (Ddi1/Vsm1) keine proteolytische Aktivität dieser RVP-Domäne beschrieben. Wie schon für Ddi1/Vsm1 gezeigt, bildet auch Rngo, vermittelt durch die RVP-Domäne, Dimere. Das potentielle katalytische Aspartat257 wird hierfür nicht benötigt. In der vorliegenden Arbeit lassen jedoch Überexpressionsversuche von GFP-Fusionsproteinen, in denen das katalytische Aspartat257 gegen ein Alanin ausgetauscht wurde, auf eine solche proteolytische Funktion der RVP-Domäne von Rngo schließen. Es ist zu vermuten, dass dominant-negative Effekte einer Überexpression dieses GFP-D257A-Fusionsproteins, ähnlich der rngo-Keimbahnklone, zu einer Degenerierung der Plasmamembran in den Keimbahnzellen führen. In der vorliegenden Arbeit wurde ein bisher nicht charakterisiertes Protein beschrieben, welches für die Etablierung und Anordnung des Aktinzytoskeletts verantwortlich ist. Weiterhin konnte Rngo als erstem Protein der Ddi1-Familie eine katalytische Aktivität der RVP-Domäne zugeordnet werden.