Studien zum endosomalen Transport und der Signaltransduktion des Nervenwachstumsfaktors NGF unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen

Moises, Tina; Weis, Joachim

doi:28959

Studien zum endosomalen Transport und der Signaltransduktion des Nervenwachstumsfaktors NGF unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen = Studies of the endosomal transport and the signaltransduction of the nerve growth factor NGF under physiological and pathophysiological conditions

Moises, Tina

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Tina Moises

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangX, 115 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Weis, Joachim (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-11-07

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-26389
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50576/files/Moises_Tina.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Neuropathologie (528002-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Nervenwachstumsfaktor (Genormte SW) ; Nervendegeneration (Genormte SW) ; Protein-Tyrosin-Kinasen (Genormte SW) ; Endosom (Genormte SW) ; Signaltransduktion (Genormte SW) ; Protein-Protein-Wechselwirkung (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; TrkA (frei) ; endosomaler Transport (frei) ; NGF (frei) ; neurodegeneration (frei) ; endosomal trafficking (frei) ; protein-protein interaction (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Der Nervenwachstumsfaktor NGF und seine Rezeptoren sind essentiell für das Nervensystem. Ihre Funktion ist abhängig von der richtigen zeitlichen und räumli-chen Verteilung in der Zelle. Der Transport des neurotrophen Signals erfolgt in den sogenannten signalling endosomes. Diese Signalplattformen müssen in Nervenzel-len über lange Distanzen retrograd transportiert werden. Defekte im Sortierungs- und Transportmechanismus können sich hier besonders verheerend auswirken, da zwischen Aktivierungs- und Ausführungsort im Menschen bis zu einen Meter lange Distanzen liegen können. Viele neurodegenerative Erkrankungen zeigen einen gestörten vesikulären Transport und ein gestörtes Ubiquitin-Proteasom-System, sichtbar an der Ablagerung von ubiquitinierten Proteinen innerhalb der Zelle. In der vorliegenden Arbeit sollte im ersten Teil geklärt werden, ob das Ubiquitin-Proteasom-System einen Einfluss auf die Funktion des NGF-Rezeptors TrkA hat. Es konnte gezeigt werden, dass es bei der Hemmung des Proteasoms zu einer Änderung des endosomalen TrkA-Transports vom lysosomalen zum Recycling-Weg kommt. Damit einher geht eine Veränderung in der TrkA-Phosphorylierung und der damit verbundenen, von TrkA aktivierten MAPK-Signaltransduktionskaskade. Nach der Stimulation mit NGF akkumuliert phospho-ryliertes TrkA über einen langen Zeitraum und ebenso die wichtigen Effektoren Erk1/2. Die Aktivität dieser Proteine ist zeitlich und räumlich stark reguliert und scheint auch abhängig von der Proteasom-regulierten Einordnung von TrkA in den lysosomalen Abbauweg zu sein. Die Hemmung der Proteasomaktivität führt letzt-endlich auch zu einer verstärkten neuronalen Differenzierung der PC12-Modellzellen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die pH-abhängige Regulation der Affinität der beiden Rezeptoren TrkA und p75 zu ihrem Liganden NGF untersucht. Die Ergebnisse weisen auf eine verringerte Affinität von TrkA zu NGF bei endosomalem pH-Wert im Gegensatz zum neutralen pH-Wert auf der Zelloberfläche hin. Der Rezeptor p75 zeigt unter den sauren Bedingungen in der Versuchsanordnung eine erhöhte Affinität zu NGF. Diese Befunde zeigen die Bedeutung des endosomalen Transports von TrkA für seine Funktion. Das sorting in bestimmte endosomale Kompartimente mit ihren unterschiedlichen pH-Werten stellt daher eine Möglichkeit der Feinregulation der TrkA-Aktivität dar, u. a. durch die Regulierung der Assoziation mit NGF.

Nerve growth factor and its receptors are essential for the nervous system. Their function depends on the spatial and temporal distribution within the cell. The neuro-trophic signal is transported in so called “signalling endosomes” which are retro-gradely transported over long distances from synapses to neuronal cell bodies. Sorting and transport defects severely impair the viability of neurons since the growth factors may need to bridge distances of one metre or more to travel from the location of activation to the cell bodies where they exert their function. Many neurodegenerative disorders show aspects of a disturbed vesicular transport and of ubiquitin-proteasome-system malfunction, demonstrated by the accumula-tion of ubiquitinated proteins within the affected neurons. Part one of this thesis aimed to elucidade whether the proteasome influences the function of the NGF receptor TrkA. Proteasomal inhibition led to an alteration of the endosomal trans-port of TrkA, switching from the lysosomal to the recycling pathway. This is accom-panied by a change in the phosphorylation status of TrkA and of the downstream signalling pathway of MAPK. Proteasomal inhibition leads to a NGF-dependent prolonged phosphorylation of TrkA and of the downstream effectors Erk1/2. The activity of Erk1/2 is spatially and temporally tightly regulated and appears to be de-pendent on the proteasome-regulated sorting of TrkA into the lysosomal pathway. Blocking proteasomal activity thus enhances the neuronal differentiation of PC12 cells. In the second part of the thesis the pH-dependent regulation of the affinity of the two NGF receptors to NGF was analyzed. The results presented herein provide evidence for a decreased affinity of TrkA to NGF at acidic endosomal pH values in comparison to neutral pH values representing the conditions on the surface of the cell. p75, on the other hand, appears to have a higher NGF affinity under low pH conditions. These findings emphazise the importance of the regulation of endosomal transport for TrkA function. The sorting to the individual endosomal compartments with their different pH values is apparently involved in the fine tuning of TrkA activity. One potential mechanism of this fine tuning is the pH-dependent regulation of the affinity of NGF to TrkA and p75.

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