Charakterisierung der Auswirkungen einer pathogenen Mutation im Neurotrophinrezeptorgen trkA im Zellkulturmodell

Flohr, Stefanie; Weis, Joachim

doi:910019659

Charakterisierung der Auswirkungen einer pathogenen Mutation im Neurotrophinrezeptorgen trkA im Zellkulturmodell = Characterisation of the consequences of a pathogenic mutation in the trkA neurothrophin receptor gene in a cell culture model

Flohr, Stefanie

2010

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Stefanie Flohr

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2010

UmfangC, II, 113 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Zusammenfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Weis, Joachim (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-02-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-32319
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51700/files/3231.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Neuropathologie (528002-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Neurotropher Faktor (Genormte SW) ; Nervenwachstumsfaktor (Genormte SW) ; Protein-Tyrosin-Kinasen (Genormte SW) ; Signaltransduktion (Genormte SW) ; Endosom (Genormte SW) ; Proteintransport (Genormte SW) ; Erbkrankheit (Genormte SW) ; Phospholipase C (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; TrkA (frei) ; HSAN IV (frei) ; CIPA (frei) ; Neuropathie (frei) ; R780P (frei) ; NGF (frei) ; NT-3 (frei) ; signal transduction (frei) ; neuropathy (frei) ; endosomal transport (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die Entwicklung des Nervensystems ist ein komplexer und umfassend regulierter Prozess. Eine wichtige Rolle dabei spielt die räumlich und zeitlich fein abgestimmte Aktivität der Neurotrophine und ihrer Rezeptoren. Sie fördern das Überleben und die Differenzierung neuronaler Zellen. Das prototypische Neurotrophin NGF (nerve growth factor) stimuliert den Transmembranrezeptor TrkA. Dessen für neuronale Zellen spezifische Isoform II lässt sich zusätzlich auch durch Neurotrophin 3 (NT 3) aktivieren. Die Deletion von trkA führt im Mausmodell zu schwerwiegendem neuronalen Zellverlust und meist binnen eines Monats zum Tode. Beim Menschen können Mutationen im trkA-Gen die hereditäre sensorische und autonome Neuropathie Typ IV verursachen (HSAN IV, auch CIPA = congenital insensitivity to pain with anhidrosis). Diese autosomal rezessiv vererbte Erkrankung äußert sich vor allem durch den Verlust von Schmerz- und Temperaturempfinden, der Unfähigkeit zu schwitzen und mentaler Retardierung. Durch die humanpathogene Mutation R780P in der Nähe des C Terminus von TrkA und der PhospholipaseCgamma (PLCgamma)-Bindungsstelle kann der Rezeptor nicht mehr phosphoryliert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte jedoch gezeigt werden, dass sowohl durch NGF- als auch nach NT 3-Stimulation zumindest noch eine geringe Aktivierung von nachgeordneten Signaltransduktionskaskaden möglich war. Genauere Analysen der Wechselwirkung mit Interaktionspartnern ergaben, dass die Bindung von PLCgamma1 eingeschränkt war, während Shc unverändert binden konnte. Zusätzlich kam es zu einer Störung des intrazellulären Transports von TrkA, durch die der Rezeptor nach seiner Internalisierung nicht mehr direkt im Lysosom abgebaut, sondern zumindest teilweise zurück zur Oberfläche verbracht wurde. Verursacht durch die Mutation R780P zeigte sich außerdem ein Defekt des Neuritenwachstums. Diese Effekte gingen einher mit einer Beeinträchtigung der Proteinstabilität des mutierten Rezeptors und einer Veränderung der Viabilität transient transfizierter Zellen. Daher wird ein Modell diskutiert, nach dem die Mutation R780P zur Einordnung des Rezeptors in recycelnde Endosomen führt. Dies erlaubt ein Mindestmaß an Aktivierung von Effektoren, die jedoch nicht ausreicht, um effektiv Neuritenwachstum zu fördern. Dies könnte dem Pathomechanismus entsprechen, der zu einer verminderten Innervierung von Schweißdrüsen und Haut der Patienten führt.

The development of the nervous system is a complex and highly regulated process in which the exact timing and location of the action of neurotrophins and their receptors plays an important role. They support survival and differentiation of neuronal cells. The prototypic neurotrophin NGF (nerve growth factor) specifically stimulates the transmembrane receptor TrkA. The TrkA Isoform II, which is expressed in neuronal cells only, can additionally be activated by Neurotrophin 3 (NT 3). TrkA knockout mice suffer from massive neuronal cell loss and most of them die within one month. In human patients mutations in the trkA gene can lead to hereditary sensory and autonomous neuropathy type IV (HSAN IV or CIPA = congenital insensitivity to pain with anhidrosis). This autosomal recessive disorder manifests in loss of pain and temperature sensitivity, the inability to sweat and often also mental retardation. Due to the human pathogenic mutation R780P close to the C terminus of TrkA and its phospholipaseCgamma (PLCgamma) binding site, the receptor cannot be phosphorylated anymore. In the present work it could be demonstrated that nevertheless downstream pathways could still be activated on a reduced level following stimulation with NGF and NT 3, respectively. Further analysis of the interaction with binding partners revealed that PLCgamma1 binding could still be detected but was compromised. However the interaction with Shc was unchanged compared to wild type TrkA receptor. In addition the R780P mutation led to alterations of intracellular TrkA trafficking. Following internalisation the receptor did not enter anymore the lysosomal degradative pathway, but – at least to some extent – was recycled back to the cell surface. Moreover, the mutation R780P led to defects in neurite outgrowth. These effects were accompanied by an impairment of protein stability of the mutated receptor and changes in the viability of transiently transfected cells. Hence a model is discussed in which the mutation R780P leads to the sorting of the receptor into recycling endosomes which allows a minimum of downstream pathway activation. Still, this activation is not sufficient to promote neurite outgrowth. These alterations could contribute to the pathomechanism leading to impaired innervation of sweat glands and skin in HSAN IV patients.

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