Characterization of the neuronal proteolipids M6A and M6B and the oligodendroglial tetraspans PLP and TSPAN2 in neural cell process formation

Abstract

M6-Proteine der Proteolipid-Proteinfamilie mit vier Transmembrandomänen gehören zu den abundantesten Zelloberflächenproteinen in Neuronen. Ihre zelluläre Funktion ist weitgehend spekulativ, auch weil deren Analyse sich auf akute Veränderungen der Abundanzniveaus in vitro beschränkt hat. Beruhend auf Expressionsanalysen habe ich die Hypothese aufgestellt, dass M6-Proteolipide eine Rolle in der neuronalen Entwicklung spielen. In der Tat zeigen die Ergebnisse die in dieser Dissertation präsentiert werden, dass M6A ein F-Aktin freies strukturelles Kompartiment an der Spitze der axonalen Wachstumskegel definiert, während dessen Homolog M6B hauptsächlich in Aktin-reichen Domänen in Neuriten vorhanden ist. Zur Analyse des Neuritenwachstums bei chronischer Defizienz der M6-Proteine wurden M6Anull bzw. M6Bnull einzelmutante Mäuse, sowie M6Anull*M6Bnull doppelmutante Mäuse charakterisiert. Bemerkenswert ist, dass das Fehlen bereits eines der beiden M6-Proteine das Neuritenwachstum kultivierter kortikaler Neuronen ex vivo reduzierte. Mutante Wachstumskegel zeigten abnormale Kompartimentalisierung und verminderten Kollaps nach Induktion durch EphrinA5. Der Mechanismus bezieht wahrscheinlich Signalübertragung über Eph-Rezeptoren ein, da die Abundanz des Effektormoleküls Ephexin-1 in der Abwesenheit von M6-Proteinen deutlich verringert ist. Meine Analysen ergaben Hinweise, dass die Entstehung neuronaler Prozesse auch in vivo beeinträchtigt ist, und sich zumindest in einem frühen postnatalen Stadium auf die kortikalen Neuronen die mit ihren langen Projektionen den Corpus Callosum durchqueren auswirkt. Demzufolge, tragen M6-Protelipide zu der strukturellen Organisation neuronaler Wachstumskegel bei, eine Vorraussetzung für die normale Reaktion auf Lenkungsmoleküle während des Neuritenwachstums. Das dritte Mitglied der Proteolipid-Proteinfamilie, als PLP bezeichnet, ist das abundanteste Protein des ZNS Myelins. Überraschender Weise ist die Myelinbiogenese in PLPnull Mäusen nur geringfügig beeinträchtigt. Auf Grund seiner deutlich erhöhten Abundanz im PLPnull Myelin wurde das strukturell verwandte Viertransmembranprotein Tetraspanin-2 (TSPAN2), ein niedrig abundantes Myelinprotein, als ein Kandidat für die Kompensierung der PLP-Abwesenheit identifiziert. Um die Funktion des TSPAN2 in der Myelinisierung zu untersuchen, habe ich TSPAN2null mutante Mäuse mittels homologer Rekombination in embryonalen Stammzellen generiert und TSPAN2null*PLPnull doppelmutante Mäuse gezüchtet. Diese Mäuse sind lebensfähig und fruchtbar. Interessanterweise zeigen meine Erstanalysen, dass die Abundanz des nahe verwandten Tetraspanins CD81 in dem TSPAN2null Myelin erhöht ist, was auf eine molekulare Veränderung deutet, die für die Abwesenheit der TSPAN2 Funktion kompensieren konnte. In Anbetracht der räumlich-zeitlichen Expression und der Überexpressionsstudien, die auf eine Rolle von TSPAN2 und PLP in der Bildung der zellulären Fortsätze in Oligodendrozyten deuten, ist es wahrscheinlich, dass Viertransmembranproteine verschiedener Proteinfamilien überlappende und partiell redundante Funktionen während der Myelinisierung haben.