A Frizzled like protein in Dictyostelium discoideum - Kölner UniversitätsPublikationsServer

Deenadayalan, Bakthavatsalam (2005). A Frizzled like protein in Dictyostelium discoideum. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Summary Frizzled genes encode integral membrane proteins that function in multiple signal transduction pathways. They have been identified in diverse animals, from sponges to humans. Frizzled genes are well characterized for their functions in development and diseases. In this study we report the identification and characterisation of a Frizzled like protein in Dictyostelium. We identified a novel Frizzled like protein (FrzA) in the Dictyostelium database, which has a seven transmembrane region at the N-terminus but unlike other Frizzleds it lacks the CRD domain and instead has a Phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase (PIP5K) domain at the C-terminus. The FrzA gene is present on the chromosome 4 of the Dictyostelium genome. The expression pattern of FrzA revealed a single transcript of ~2.5kb in size in the northern blot analysis. To characterize the function of FrzA protein in vivo, cells carrying an inactivated FrzA gene were generated by homologous recombination. The FrzA- cells grew normal on a bacterial lawn or in axenic medium indicating normal pinocytosis as well as intact cytokinesis. However the cell size was slightly smaller when compared to the Ax2 wild type cells. Notable was the defect in development on bacterial plates. When developed on phosphate agar plates the FrzA- cells did not form tight aggregates during early development. However the loose aggregates gave rise to very few and small fruiting bodies, which were formed with a delay of 24hrs. Also, the FrzA- mutant exhibited a pronounced developmental defect when developed at low cell density, where the mutant cells did not aggregate or develop fruiting bodies. Northern blot analysis to characterise the developmental defect in the FrzA- mutant showed expression of genes expressed early in aggregation such as csA; cAR1, ACA, PDE and PDI. However, the pattern was strongly altered and showed prolonged expression in case of CAR1 nad PDE and delayed expression for ACA and csA. The mutant cells did not exhibit a directed migration towards cAMP and thus showing a defect in chemotaxis. However, application of the exogenous cAMP pulses restored the expression of contact sites A and adenylyl cyclase (ACA) transcripts necessary for aggregation and also rescued the defect in chemotaxis. Calcium oscillation, which is important for initiating aggregation and further development, was disturbed in the mutant. We could show that the FrzA- mutant did not sense the cell density factor (CMF) and produce IP3 in response to the CMF stimulation. We therefore presume that FrzA is involved in the early steps of aggregation during Dictyostelium development. Our results indicate that FrzA is a potential G protein coupled receptor for the ligand CMF to induce the CMF signaling during the early development of Dictyostelium.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Ein Frizzled-ähnliches Protein in Dictyostelium discoideum	German

Translated abstract:

Abstract

Language

Zusammenfassung Frizzled Gene kodieren für integrale Membranproteine, die in verschiedenen Signaltransduktionswegen beteiligt sind. Sie sind in Entwicklungsprozesse involviert und sind auch als Krankheitsgene identifiziert worden. In dieser Arbeit wird ein Frizzled Gen, FrzA, aus Dictyostelium beschrieben. Das Vorkommen von Frizzled in niederen Eukaryonten war unerwartet. FrzA besitzt sieben für Frizzled Proteine charakteristische Transmembrandomänen. Der N-Terminus ist ungewöhnlich kurz und enthält nicht die übliche CRD-Domäne, eine Cysteinreiche Aminosäuresequenz. Ungewöhnlich ist auch der C-Terminus. Hier wird die Transmembrandomäne von einer C-terminalen Phosphatidylinositol-4-Phosphat-5-Kinase Domäne gefolgt. Die FrzA mRNA ist während des gesamten Entwicklungszyklus nachweisbar. Um die Funktion von FrzA zu analysieren, wurde eine Mutante durch homologe Rekombination erzeugt. Die Wachstumseigenschaften der Mutante waren gegenüber dem Wildtyp nicht verändert. Verändert war dagegen die Entwicklung. Normalerweise aggregieren Dictyostelium Zellen unter Nahrungsentzug und formen einen vielzelligen Organismus, der sich in einen Fruchtkörper umbildet. In der FrzA- ist die Entwicklung stark beeinträchtigt. Sowohl auf einem Bakterienrasen als auch auch Phosphatagarplatten ist die Mutante grösstenteils nicht in der Lage, den Entwicklungszyklus normal zu durchlaufen und mit der Ausbildung von Fruchtkörpern abzuschliessen. Eine Genexpressionsanalyse hat gezeigt, dass das Muster der Expression von Genen, die normalerweise in der frühen Entwicklungsphase angeschaltet werden, stark verändert ist. So werden z. B. das Adenylatzyklase A Gen und das Contact site A Gen verspätet exprimiert, während die Transkriptmengen für den cAMP Rezeptor CAR1 und für die Phosphodiesterase durchgehend exprimiert sind. Entsprechend ist auch die chemotaktische Migration auf cAMP hin gestört. Ebenfalls veändert sind Calcium Oszillationen, die normalerweise während der Entwicklung beobachtet werden. Die Gabe von exogenem cAMP in Pulsen stellt die gestörte Entwicklung wieder her. In einem Test für Ereignisse, die d er Entwicklung vorausgehen, konnte gezeigt werden, dass FrzA- Zellen nicht in der Lage waren, das CMF-Signal aufzunehmen und darauf zu antworten. CMF ist ein Faktor, mit dem die Zellen die Zelldichte und damit den Nahrungsvorrat messen. Aufgrund der Eigenschaften der Mutante wurde FrzA als Rezeptor für CMF vorgeschlagen.

German

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