Universität zu Köln

Charakterisierung der Interaktion von Nesprin-2 und alpha-Catenin an der Plasma- und Zellkernmembran

Neumann, Sascha (2009) Charakterisierung der Interaktion von Nesprin-2 und alpha-Catenin an der Plasma- und Zellkernmembran. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Nesprine sind Kernmembran-assoziierte Moleküle, von denen bisher vier Formen (Nesprin-1, -2, -3, -4) identifiziert wurden. Sie haben eine strukturelle Funktion bei der Positionierung des Zellkerns und seiner Verknüpfung mit dem Zytoskelett. alpha N Cat*, das dem N-Terminus einer neuen Isoform des neuronenspezifischen alpha N Catenins entspricht (alpha N Catenin 4), wurde im Vorfeld dieser Arbeit mit Hilfe des Hefe-Zwei-Hybrid Systems als neuer Interaktionspartner von Nesprin 2 identifiziert. alpha Catenin ist ein Protein, das an Adhärensverbindungen lokalisiert und essentiell für deren Aufrechterhaltung ist. Bisher wurden alpha E-/T-/N-Catenin identifiziert, die teilweise gewebsspezifisch exprimiert und durch unterschiedliche Gene kodiert werden. Die Interaktion beider Proteine konnte zusätzlich biochemisch verifiziert werden. Darüber hinaus konnten wir demonstrieren, dass auch alpha N Catenin 1 und alpha E Catenin zur Interaktion befähigt sind, wodurch gezeigt werden konnte, dass die Interaktion von Nesprin 2 mit alpha Catenin nicht isoform- oder gewebsspezifisch ist. In Lokalisationsstudien konnten wir eine für alpha Catenin bisher nicht beschriebene Akkumulation an der Kernhülle zeigen. In Zellen mit einer Fibroblasten-ähnlichen Morphologie lokalisieren sowohl Volllängen- als auch C terminale Fusionsproteine an der Kernhülle. In Keratinozyten sind Volllängenproteine an der Plasmamembran und C-terminale Polypeptide an der Kernhülle zu finden. Untersuchungen an endogenem alpha Catenin in primären humanen Keratinozyten bestätigen dieses Verteilungsmuster. Es kann daher vermutet werden, dass alpha Catenin durch Interaktionen an der Plasmamembran gehalten wird und die Interaktion zu Nesprin 2 hoch reguliert abläuft. In Übereinstimmung mit früheren Studien haben wir Nesprin 2 an der Plasmamembran nachgewiesen und zwar nur in Zellen und Geweben, die massiven strukturellen und morphologischen Umstrukturierungen unterworfen sind und somit eine Funktion von Nesprin 2 in diesen Prozessen nahelegen. Zusätzlich zur Interaktion von Nesprin 2 und alpha Catenin konnten wir einen Proteinkomplex bestehend aus Nesprin 2, alpha /ß Catenin und Emerin nachweisen. Diese Studie liefert damit weitere Hinweise darauf, dass Proteine der Zellkern- und Plasmamembran miteinander interagieren und stellt ein Bindeglied zwischen diesen Kompartimenten vor. ß Catenin ist ein Protein mit dualer Funktion in Adhärensverbindungen und im Wnt Signalweg. Die Aktivierung des Signalwegs bewirkt eine Akkumulierung von ß Catenin im Zytoplasma und eine Umlagerung in den Zellkern. Emerin ist ein integrales Membranprotein der Zellkernhülle und bindet ß Catenin. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit lassen ein Modell zu, in dem alpha /ß Catenin als Heterodimer an die Zellkernhülle gelangen, wo sie an Nesprin 2 und Emerin binden und, einen Proteinkomplex ausbilden, aus dem ß Catenin in den Zellkern entlassen werden kann und so eine zusätzliche Ebene der Regulation einführt. Ferner zeigen die hier beschriebenen Experimente, dass Nesprin 2 an der Regulierung der intranukleären Menge an ß Catenin beteiligt ist. Ist es nicht vorhanden, so ist die Menge an ß Catenin im Kern reduziert.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Nesprins are nuclear membrane associated proteins. So far, four different Nesprins (-1, -2, -3, -4) have been identified. They have well characterised functions in positioning of the nucleus and linking it to the cytoskeleton. Previously, alpha N Cat* which represents a novel isoform (alpha N Catenin 4) of the neuron specific alpha N Catenin was identified as a novel binding partner of Nesprin 2 in the Yeast-two-hybrid system in our group. alpha N Catenin is a protein that localizes to adherens junctions and is essential for their maintainance. It belongs to a family of proteins, alpha E-/T- and N Catenin which are encoded by different genes and show in part a tissue specific distribution. The interaction of Nesprin 2 and alpha N Catenin was confirmed using biochemical methods. Furthermore, we could also demonstrate that alpha N Catenin 1 and alpha E Catenin exhibit similar properties indicating, that the interaction of Nesprin 2 with alpha Catenin is not isform or tissue specific. In localisation studies we discovered an accumulation of alpha Catenin at the nuclear envelope that has not been described until now. In cells exhibiting a fibroblast like morphology both full length and C terminal fusion proteins localise to the nuclear envelope. In keratinocytes full length proteins are present at the plasma membrane whereas c-terminal peptides are detected at the nuclear envelope. Studies of the distribution of endogenous alpha Catenin in primary human kertinocytes corroborate this distribution pattern. From these results it can be assumed that alpha Catenin is restricted to the plasma membrane and that the interaction with Nesprin 2 occurs in a highly regulated manner. According to previous data we could confirm a Nesprin 2 localisation at the plasma membrane particularly in tissues and cells that are exposed to complex structural and morphological reorganisations which suggests a role for Nesprin 2 in these processes. In addition to the interaction of Nesprin 2 and alpha Catenin we could provide evidence for a protein complex consisting of Nesprin 2, alpha /ß Catenin and Emerin. This study provides further evidence for the interaction of nuclear envelope and plasma membrane associated proteins and represents a link between these compartments. ß Catenin is a protein with functions in adherens junctions and the Wnt signalling pathway. Activating the signalling pathway triggers an accumulation of ß Catenin in the cytoplasm followed by a translocation into the nucleus. Emerin is an integral membrane bound protein of the nuclear envelope that also binds to ß Catenin. Results of the present work form the basis for a model in which heterodimeric alpha /ß Catenin might reach the nuclear envelope where it could bind to Nesprin 2 and Emerin, respectively, forming the above described protein complex followed by a release of ß Catenin into the nucleus. Moreover, the experiments shown here reveal that Nesprin 2 participates in the regulation of the intranuclear amount of ß Catenin. If it is not available, the amount of ß Catenin inside the nucleus is reduced.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Neumann, Saschaneumanns@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-30709
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Nesprin, alpha Catenin, Zellkern, ß-Catenin, EmerinGerman
    Nesprin, alpha Catenin, nucleus, ß-Catenin, EmerinEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Biochemie I
    Language: German
    Date: 2009
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 13 May 2009
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 20 May 2010 10:35:24
    Referee
    NameAcademic Title
    Noegel, A. A.Prof. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/3070

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