The role of UNC-108/RAB-2 in neuronal dense core vesicle maturation in C. elegans
Die Rolle von UNC-108/RAB-2 in der neuronalen Dense-Core-Vesikelreifung in C. elegans
by Marija Sumakovic
Date of Examination:2009-10-02
Date of issue:2010-05-19
Advisor:Dr. Stefan Eimer
Referee:Prof. Dr. Reinhard Jahn
Referee:Prof. Dr. Herbert Jäckle
Files in this item
Name:sumakovic.pdf
Size:16.7Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Small GTPases of the Rab family are involved in vesicular transport between different intracellular compartments. C. elegans mutant alleles of unc-108/rab-2 have been isolated based on their slow locomotion phenotype. This suggests defects in the synaptic transmission at the neuromuscular junction (NMJ) in C. elegans. In this work, I analyzed the functional defects causing reduced locomotion in unc-108/rab-2 mutant animals. In C. elegans, fast synaptic transmission at the NMJ is mediated by release of acetylcholine from synaptic vesicles. However, for efficient neurotransmission motorneurons also rely on the dense core vesicles (DCVs) that are coreleased with SVs at the NMJ. Mutants impaired in DCV secretion have strong locomotory defects, suggesting an important role of DCV signaling in neurotransmission. We show that slow movement of unc-108/rab-2 mutants is caused by impaired DCV signaling. We further show that RAB-2 is specifically required for neuronal DCV maturation. In unc-108/rab-2 mutants, specific cargo is inappropriately lost from maturing DCVs to endosomal/lysosomal degradation system. We demonstrate that a yet unidentified DCV factor is required in addition to neuropeptides for efficient neurotransmission. Finally, we show that RIC-19, the C. elegans ortholog of the human diabetes autoantigen ICA69, is also involved in DCV maturation and recruited to Golgi membranes by activated RAB-2. Thus, we conclude that RAB-2 and its effector RIC-19 are necessary for DCV maturation and normal neurotransmission at the neuromuscular junction. However, RAB-2 is not the only GTPase required for efficient DCV signaling, as we could demonstrate that expression of dominant active RAB-5 is able to block DCV secretion. This suggests that particularly DCV function in neurons heavily relies on Rab dependent intracellular trafficking.
Keywords: Dense core vesicle maturation; biogenesis; Rab GTPase; neuromuscular junction; C. elegans
Other Languages
Kleine GTPasen der Rab-Familie sind in den vesikulären Transport zwischen verschiedenen intrazellulären Kompartimenten involviert. Basierend auf ihrem Phänotyp, der langsamen Fortbewegung, sind die mutierten Allele von unc-108/rab-2 in C. elegans isoliert worden. Dies lässt einen Defekt in der synaptischen Transmission an den neuromuskulären Verbindungen vermuten. In dieser Arbeit analysiere ich die funktionalen Defekte, welche eine reduzierte Bewegungsfähigkeit in unc-108/rab-2 Mutanten von C. elegans verursachen. In C. elegans vermittelt die Auschüttung von Acetylcholin aus synaptischen Vesikeln die schnelle synaptische Transmission an den NMJs. Jedoch werden für eine effiziente Neurotransmission der Motorneurone auch Dense Core Vesikel benötigt, welche neben den synaptischen Vesikeln an den NMJs sekretiert werden. Mutanten die nicht zur DCV Sekretion fähig sind weisen deutliche Bewegungsdefekte auf, was auf eine wichtige Rolle der DCV in Neurotransmission schliessen lässt. Wir zeigen, dass die eingeschränkte Bewegungsfähigkeit von unc-108/rab-2 Mutanten durch Defekte in der DCV Signalvermittlung verursacht werden. Des Weiteren zeigen wir, dass speziell RAB-2 für die Reifung der DCV benötigt wird. In unc-108/rab-2 Mutanten geht spezifische Ladung von gereiften DCVs an das edosomale/lysosomale Degradationssystem verloren. Wir demonstrieren, dass zusätzlich zu Neuropeptiden ein zur Zeit noch nicht identifizierter DCV Faktor, für die effiziente Neurotransmission benötigt wird. Letztendlich zeigen wir, dass RIC-19, das. elegans Ortholog des menschlichen Diabetes-Autoantigen ICA69, eine Rolle in der DCV Reifung spielt und durch aktiviertes RAB-2 an den Golgimembranen rekrutiert wird. Daher nehmen wir an, dass RAB-2 und sein Effektor RIC-19 für die Reifung von DCVs und eine normale Neurotransmission an den NMJs notwendig sind. Jedoch ist RAB-2 nicht die einzige GTPase die für eine effiziente DCV Signalvermittlung benötigt wird. So konnten wir zeigen, dass die Expression von dominant aktivem RAB-5 in der Lage ist, DCV Sekretion zu verhindern. Dies legt die Vermutung nahe, dass ins besondere DCV Funktionen in Neuronen in hohem Maße von Rab basierendem intrazellulärem Transport abhängig sind.
Schlagwörter: Dense-Core-Vesikelreifung; Biogenese; Rab GTPase; neuromuskuläre Endplatte; C. elegans