BACE1 dependent function of Neuregulin1 in peripheral nervous system myelination

Abstract

Der neuronale Wachstumsfaktor Neuregulin (NRG) 1 Typ III ist der maßgebliche Regulator der Myelinisierung im peripheren Nervensystem (PNS). Zur Aktivierung von NRG1 Typ III ist vermutlich eine proteolytische Spaltung notwendig, aber die Identität der Protease(n) sowie die Anzahl und Reihenfolge der einzelnen Prozessierungsschritte sind bisher ungeklärt. Ähnlich wie in heterozygoten NRG1 Typ III-Mutanten ist die periphere Myelinisierung in BACE1 (β-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme 1)-Nullmutanten stark beeinträchtigt. Dies deutet daraufhin, dass eine Prozessierung durch BACE1 für die Myelinisierungsfunktion von NRG1 Typ III notwendig ist. Allerdings konnte bislang keine funktionelle Interaktion von NRG1 Typ III und BACE1 in vivo gezeigt werden. Zur Untersuchung der funktionellen Interaktion zwischen BACE1 und NRG1 Typ III bei der Myelinisierung wurden in dieser Studie zwei transgene Mauslinien verwendet, die eine Volllängevariante bzw. eine am C-terminus verkürzte NRG1 Typ III-Variante neuronal überexprimieren. Die verkürzte Variante entspricht dabei dem Produkt der BACE1-Prozessierung in der Juxtamembranregion ( GIEF ). Beide Varianten wurden am N-terminus mit einem Peptidepitop markiert, um auch die Prozessierung und subzelluläre Lokalisation der NRG1-Varianten in vivo genauer zu untersuchen. Die neuronale Überexpression der GIEF -Variante verursacht eine Hypermyelinisierung des Ischiasnervens, vergleichbar mit der Volllängeform von NRG1 Typ III. Diese Beobachtung zeigt, dass die GIEF -Variante ein myelinisierungskompetentes Produkt der BACE1-vermittelten Prozessierung von NRG1 Typ III darstellt, während die zytoplasmatische Domäne von NRG1 Typ III für die Myelinisierung entbehrlich ist. Überraschenderweise bewahrt die Überexpression von NRG1 Typ III ihr myelinisierungsförderndes Potenzial selbst in BACE1 Nullmutanten, wenn auch in verringertem Ausmaß. Diese Befunde identifizieren eine funktionale Interaktion von BACE1 und NRG1 bei der peripheren Myelinisierung in vivo, deuten aber auf einen komplexeren Prozessierungsmechanismus hin, an dem weitere Proteasen beteiligt sind. Die Verwendung von Epitop-markierten NRG1-Varianten wurde auch dazu genutzt, die subzelluläre Lokalisation und den Transport von NRG1-Varianten in Motorneuronen des Rückenmarks näher zu untersuchen. Histologische und biochemische Analysen deuten daraufhin, dass N- und C-terminale Prozessierungsprodukte nach der Spaltung in der Juxtamembranregion in unterschiedliche Membrandomänen sortiert werden und der vesikuläre Transport N-terminaler Prozessierungsprodukte (einschließlich der EGF-ähnlichen Domäne) in das axonale Kompartiment limitiert ist. Außerdem wurde ein weiteres kleineres N-terminales Produkt in Proteinextrakten aus Ischiasnerven beobachtet, das auf eine Abspaltung der EGF-ähnlichen Domäne von der Axonoberfläche hinweist. Diese Beobachtungen deuten auf eine geregelte Abfolge proteolytischer Prozessierungsschritte hin, die eine wichtige Rolle bei der NRG1 Typ III-vermittelten Myelinisierung des peripheren Nervensystems spielen.