The PI5P 4-kinase ortholog PPK-2 of Caenorhabditis elegans acts in synaptic transmission and neuronal membrane trafficking
Synaptische Transmission beruht auf dem hochregulierten Membrantransport zwischen Zellkörper und Synapse. Membrantransport in Neuronen und anderen Zelltypen wird unter anderem durch die phosphorylierten Derivate des Phospholipids Phosphatidylinositol (PI) reguliert. Das Auftreten und die Verteilung unterschiedlich phosphorylierter Phosphatidylinositole (PIPs) in den Membranen verschiedener Organellen und der Plasmamembran (PM) werden durch PI/PIP-Kinasen und PIP-Phosphatasen reguliert. Mittels eines RNAi-Screens wurden sechs PIP-metabolisierende Enzyme des Rundwurmes Caenorhabditis elegans (C. elegans) identifiziert, die Einfluss auf die synaptische Transmission haben. Aufgrund von Literaturdaten konnte fünf von diesen sechs Enzymen eine Funktion im zellulären Membrantransport zugeordnet werden. Die einzige Ausnahme stellte die neuronal exprimierte PIP-Kinase PPK-2 dar. PPK-2 ist ortholog zu den PI5P 4-Kinasen in Säugetieren. Der RNAi-knock-down von ppk-2 führte zu einer verminderten Ausschüttung des Neurotransmitters Acetylcholin an Synapsen. Im Gegensatz dazu zeigte die Charakterisierung von zwei Mutantenstämmen mit gain-of-function-Allelen von ppk-2 eine gesteigerte Ausschüttung von Acetylcholin sowie von Neuropeptiden. Das Protein PPK-2 zeigte in C. elegans-Neuronen eine endosomale sowie Golgi-assoziierte Lokalisierung. Bei Co-Expression der PM-assoziierten PI4P 5-Kinase PPK-1 lokalisierte PPK-2 allerdings nicht mehr ausschließlich an Endomembranen, sondern wurde auch an der PM nachgewiesen. Beide gain-of-function-Allele kodieren für mutierte PPK-2-Proteine und konnten in C. elegans-Neuronen exprimiert werden. Wie das PPK-2-Wildtypprotein sind die mutierten Proteine an Endomembranen assoziiert. Die Co-Expression mit PPK-1 resultierte diesmal allerdings nicht in einer Veränderung des Lokalisierungsmusters. Beiden mutierten PPK-2-Proteinen fehlt ein strukturell wichtiger Teil des Aminoterminus. Außer an Organellen im Zellkörper wurde PPK-2 mit einer partikelartigen Lokalisierung auch in Dendriten und Axonen nachgewiesen. Diese PPK-2-Partikel bewegten sich anterograd sowie retrograd mit ca. 0,3 µM pro Sekunde. Diese Bewegung ist abhängig vom neuronalen Motorprotein Kinesin-3. Aufgrund dessen wird für PPK-2 eine Funktion im aktiven Membrantransport angenommen. Die verminderte Acetylcholinausschüttung an den Synapsen von ppk-2 (RNAi)-Tieren wurde daher auf das Fehlen von PPK-2 an zellulären Endomembranen und einem daraus folgenden Defekt im Membrantransport zurückgeführt. Der gegensätzliche Phänotyp der zwei gain-of-function-Allele muss jedoch in einer zusätzlichen Funktion von PPK-2 begründet sein. Ein wichtiger Faktor für die Exozytose von Neurotransmittern und Neuropeptiden ist PI4,5P2. An der PM von C. elegans-Neuronen wird dieses PIP maßgeblich von PPK-1 gebildet. Die Co-Lokalisierung mit PPK-1 an der PM könnte auf eine regulatorische Funktion von PPK-2 in der Synthese von PI4,5P2 und somit synaptischer Exozytose hindeuten. Ein Indiz dafür ist die erhöhte Neuropeptidausschüttung von beiden ppk-2-gain-of-function-Mutanten. Dabei ist die Funktion von PPK-2 an den Endomembranen bei beiden Mutanten anscheinend immer noch intakt. Zusammenfassend konnten PPK-2 zwei verschiedene Funktionen zugewiesen werden: Zum einem eine Rolle im Endomembrantransport, zum anderem eine regulative Funktion in der Exozytose an der Synapse.
570 Biowissenschaften, Biologie, Biologie, synaptische Transmission, Membrantransport, PI5P 4-Kinase, synaptic transmission, membrane trafficking, 42.00, 44.00, W 000, M 000
Networked Digital Library of Theses and Dissertations