Die Rolle von Mikrotubuli-regulierenden Proteinen während der neuronalen Differenzierung
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2012-07-05
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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.