Die Rolle von Mikrotubuli-regulierenden Proteinen während der neuronalen Differenzierung

Abstract

Während der Entwicklung von Stammzellen in Neuronen verändern sich sowohl die Morphologie als auch die Funktionalität der Zellen. Nach anfänglicher transkriptionsbasierter Reprogrammierung und asymmetrischer Teilung der Vorläuferzellen werden die ersten morphologischen Veränderungen anhand der Initiation von länglichen Zellauswüchsen, den Neuriten, sichtbar, welche im weiteren Verlauf in Axone und Dendriten differenzieren. Während dieser frühen Phasen der neuronalen Morphogenese ist eine Reorganisation des Mikrotubuli-Zytoskeletts zu beobachten, welche den Mikrotubuli eine kritische Rolle in der Initiation und demWachstum von Neuriten nahelegt. In dieser Arbeit wurde die Reorganisation des Mikrotubuli-Zytoskeletts während der neuronalen Differenzierung in P19 Zellen genauer untersucht. In der Literatur sind mehr als 400 Mikrotubuliregulierende Proteine bekannt, welche auf eine mögliche Funktion während der neuronalen Morphogenese untersucht werden sollten. Mittels Phänotyp-basierten High-Content Screens und spezifischem Protein knock down durch RNA-Interferenz wurden Regulatoren des Mikrotubuli-Zytoskeletts identifiziert, welche in die Neuriten Initiation involviert sind. Es konnten drei verschiedene Phänotypen nach Protein Suppression unterschieden werden, bei denen Änderungen in der Neuritenlänge (kürzer oder länger als bei den Kontrollzellen) oder eine Erhöhung des Neuritendurchmessers detektiert wurden.Weitere detaillierte Studien konnten ver- schiedene Untereinheiten des Dynein/Dynactin Motorprotein-Komplexes identifizieren, die in die Neuriten Initiation involviert sind. Außerdem induzierte die Suppression einiger bekannter Mitose- und Zytokinese-Proteine, Eg5 (KIF11), TPX2, INCENP und MKLP1 (KIF23), eine signifikante Erhöhung des Neuritendurchmessers, welche eine mögliche Rolle dieser Regulatoren in der Bündelung von Mikrotubuli suggeriert. Die Mitglieder der EB-Familie binden als +TIPs an wachsende Mikrotubuli-Enden und nehmen Einfluss auf die Stabilität von Mikrotubuli. Anhand der Ergebnisse der High-Content Screens sowie weiterer Studien mit kombinierter Protein Suppression konnten kompetitive Wechselwirkungen der drei Isoformen dieser Familie hinsichtlich des Neuritenwachstums beobachtet werden. Zusammengenommen konnten Regulatoren mit unterschiedlichem Einfluss auf die Dynamik und Organisation von Mikrotubuli identifiziert werden. In einem hypothetischen Modell wird der Einfluss dieser Mikrotubuli-Regulatoren auf die Neuritenbildung vorgestellt.