Die Inaktivierung des TGM3 Gens in der Maus und ihre Auswirkung auf die Haarmorphogenese

John, Susan (2006). Die Inaktivierung des TGM3 Gens in der Maus und ihre Auswirkung auf die Haarmorphogenese. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Transglutaminasen (TGs) sind eine Gruppe von Enzymen, die funktionell und strukturell miteinander verwandt sind und posttranslationale Modifikationen von Proteinen katalysieren. TGs werden in einer Vielzahl von Zellen und Geweben exprimiert, wo sie spezifische physiologische Aufgaben erfüllen. Die Ca2+ abhängige Transglutaminase-Reaktion katalysiert die Verknüpfung eines spezifischen Glutaminrestes eines Substratproteins mit einem primären Amin. Das Resultat ist die Ausbildung einer epsilon�gamma-Glutamyl-lysin Isopeptidbindung die sowohl zu intra- als auch intermolekularen, kovalenten Quervernetzungen von Proteinen führt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine TG3-defiziente Mauslinie etabliert um die Rolle der epidermalen TG, TG3, in vivo genauer zu charakterisieren. Auch wenn in den bisher durchgeführten Experimenten keine signifikante Auswirkung des Verlustes von TG3 auf die Haut beobachtet wurde, konnte eindeutig gezeigt werden, dass TG3 Einfluss auf die Haarmorphogenese hat. TG3-defiziente Tiere besitzen ein gewelltes Fell und gekrümmte Schnurrhaare. Während der Haarphänotyp mit zunehmendem Alter nachlässt, bleibt die Krümmung der Schnurrhaare erhalten. Die Mutanten sind lebensfähig und fertil und wirken, abgesehen von den Haaren und einer etwas geringeren Größe, normal im Vergleich zu ihren wildtypischen Geschwistern. Sowohl bei lichtmikroskopischen als auch ultrastrukturellen Untersuchungen der Haare, war zu erkennen, dass die mutanten Haare teilweise dünner und in sich verdrillt sind. Die Orientierung der Kutikulaschuppen und die Furchung der einzelnen Haare erscheinen unregelmäßig. Das im Wildtyp schwer bis gar nicht lösliche TG3 Substrat Trichohyalin (THH), welches gemeinsam mit TG3 in der Medulla und der inneren Wurzelscheide des Haares exprimiert wird, weist bei den Mutanten eine extrem hohe Löslichkeit auf. Neben Involukrin konnten des Weiteren auch die Keratine 14, 17 und 6hf in größeren Mengen aus TG3-defizienten Haaren extrahiert werden. Die hier beschriebenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Quervernetzung von THH in vivo von TG3 umgesetzt und durch ihren Verlust beeinträchtigt wird. Die involvierten Keratine bei der Ausbildung einer stabilen Matrix aus THH und Keratin Intermediärfilamenten (KIF) könnten, neben anderen, Keratin 17 und 6hf sein, die durch den Verlust von TG3 ebenfalls nicht in der üblichen Form quervernetzt werden können, was ihre erhöhte Löslichkeit erklärt. Daher lässt sich eine essentielle Rolle von TG3 bei Quervernetzungen im Haar und somit bei der Entwicklung der Haarstruktur postulieren.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
The inactivation of the TGM3 gene in mouse and its effect on hair morphogenesis	English

Translated abstract:

Abstract

Language

Transglutaminases (TGs) are structurally and functionally related enzymes that catalyze the post-translational modification of proteins. TGs are expressed in a number of cells and tissues in which they fulfill specific physiological roles. In a Ca2+ dependent reaction, TGs mediate the crosslinking of a specific glutamine residue of a substrate protein with a primary amine. This results in an epsilon�gamma-glutamyl-lysine isopeptide bond which leads to the formation of intra- and intermolecular covalent crosslinks between proteins. We have established a TG3 deficient mouse line to elucidate the role of the epidermal TG, TG3, in vivo. The loss of TG3 did not result in any discernable effect on the skin but our results suggest a role for TG3 in hair morphogenesis. TG3-/- mice display a hair specific phenotype with a wavy coat and curled vibrissae. While the phenotype of the pelage becomes less obvious in time, the bending of the vibrissae persists. Despite the hair phenotype and a slight reduction in body weight the mutants are viable and fertile and seem normal when compared to their wildtype litter mates. TG3-/- hairs are predominantly thinner than those from wildtype animals and they are twisted. Light and electron microscopy revealed irregular grooves and cuticle cells in the mutant hairs. The highly insoluble TG3 substrate trichohyalin (THH) which is expressed along with TG3 in the medulla and the inner root sheath (IRS) is easily extracted from mutant hairs. Along with involucrin, keratins 14, 17 and 6 hf also show an increased solubility in the hairs of TG3-deficient mice. Our results suggest that the crosslinking of THH in vivo is mediated through TG3 and impaired upon its deletion. The keratins involved in building a stable matrix together with THH might be, amongst others, Keratin 17 and 6hf which also display a higher solubility in mutant hairs possibly due to altered crosslinking. Hence, we suggest that TG3 is essential for crosslinking specific hair proteins which seems to play a crucial role in hair development.

English

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