Molekulare und funktionelle Analyse des neuen junktionalen Proteins Leda-1 in Endothelzellen und beim malignen Melanom
Final Report Abstract
Leda-1/Pianp ist ein bisher weitgehend unbekanntes Typ-I-Transmembran-Protein. In dem Projekt wurden biochemische und funktionelle Untersuchungen zur Charakterisierung von Leda-1/Pianp durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass Leda-1/Pianp bei Säugetieren die stärkste Expression im ZNS aufweist. In einer vergleichenden Untersuchung unterschiedlicher Hirnregionen der Maus ließ sich die Expression von Leda-1/Pianp in allen untersuchten Regionen nachweisen. Eine besonders starke Expression war jedoch im Bulbus olfactorius, Striatum, Nucleus accumbens und in der Amygdala detektierbar. Daneben konnte die Expression von Leda-1/Pianp unter anderem in Lebersinusendothelien der Ratte, in Melanomzelllinien der Maus und in myeloischen Zellen bestimmter Mausstämme machgewiesen werden. Leda-1/Pianp stellte sich in unseren Analysen als ein Glykoprotein dar, das in mehreren Schritten proteolytisch prozessiert wird. So wurden sequenzielle Spaltungen durch die Proprotein-Convertase Furin, die Shedassen Adam-10/17, Matrixmetalloproteinasen (MMP) sowie die Intramembranprotease γ-Secretase nachgewiesen. In Makrophagen von BALB/c Mäusen konnte im Rahmen des LPS-Response eine Gegenregulation von Leda-1/Pianp und seinem Bindungspartner PILR-α gesehen werden. Hierbei war der LPS-induzierte Abbau von Leda-1/Pianp durch MMP vermittelt. In polarisierten Epithelzellen (MDCK, MCF-7) lokalisierte Leda-1/Pianp in E-Cadherin positive Adherens Junctions. In MDCK-Zellen modulierte Leda- 1/Pianp zudem den Aufbau und die Resistenz des transepithelialen elektrischen Widerstands sowie die Prozessierung von E-Cadherin durch den γ-Secretase Komplex. Zur funktionellen Charakterisierung von Leda-1/Pianp wurden Leda-1/Pianp defiziente Mäuse generiert. Eine umfassende Charakterisierung dieser Leda-1/Pianp KO-Mäuse durch makroskopische und mikroskopische Organuntersuchungen, bildgebende Methoden sowie Serumanalysen zeigte keine offensichtlichen Pathologien an den inneren Organen. Auch waren die KO-Mäuse fertil und wiesen keine eingeschränkte Lebenserwartung auf. Aufgrund der starken Expression in verschiedenen Hirnregionen wurde ein breites Panel an Verhaltensanalysen durchgeführt. Hierin zeigten sich ausgeprägte Verhaltensauffälligkeiten der KO-Mäuse im Vergleich zu den Kontrollen. Die Ergebnisse dieser Verhaltensanalysen belegen, dass Leda-1/Pianp an der Modulation des Angstverhaltens, der Stressresistenz, des Lernens und des Sozialverhaltens beteiligt ist. Insbesondere in Zusammenschau mit einem kürzlich erschienenen Bericht über einen 22 Monate alten Jungen mit ausgeprägter Entwicklungsstörung mit genomischem Nachweis einer homozygoten Defizienz für Leda- 1/Pianp sprechen unsere Daten für eine wichtige Rolle von Leda-1/Pianp für das Verhalten, das Lernen und die Ausbildung kognitiver Funktionen. Die Ergebnisse des Projekts zeigen die große Bedeutung des Leda-1/Pianp Proteins für das Verhalten von Säugetieren und legen den Grundstein für weiterführende Untersuchungen zur Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen durch die Leda-1/Pianp diese zentralnervösen Funktionen beeinflusst. In der Zukunft könnten diese Untersuchungen dazu beitragen, die Eignung von Leda-1/Pianp als therapeutische Zielstruktur zu evaluieren.
Publications
- (2013) Proteolytic cleavage of LEDA-1/PIANP by furin-like proprotein convertases precedes its plasma membrane localization. Biochem Biophys Res Commun, 2013. 434: 22-27
Evdokimov K., Biswas S., Adrian M., Weber J., Schledzewski K., Winkler M., Goerdt S., and Géraud C.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2013.03.073) - Counter-regulation of the ligand-receptor pair Leda-1/Pianp and Pilrα during the LPS-mediated immune response of murine macrophages. Biochem Biophys Res Commun. 2015. 464(4):1078-83
Biswas S, Adrian M, Evdokimov K, Schledzewski K, Weber J, Winkler M, Goerdt S, Géraud C
(See online at https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2015.07.079) - Leda-1/Pianp is targeted to the basolateral plasma membrane by a distinct intracellular juxtamembrane region and modulates barrier properties and E-Cadherin processing. Biochem Biophys Res Commun. 2016. 475(4):342-9
Evdokimov K, Biswas S, Schledzewski K, Winkler M, Gorzelanny C, Schneider SW, Goerdt S, Géraud C
(See online at https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.05.092) - Posttranslational proteolytic processing of Leda-1/Pianp involves cleavage by MMPs, ADAM10/17 and gammasecretase. Biochem Biophys Res Commun. 2016. 477(4): 661-666
Biswas S, Adrian M, Weber J, Evdokimov K, Winkler M, Géraud C
(See online at https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.06.116) - Pianp deficiency links GABAB receptor signaling and hippocampal and cerebellar neuronal cell composition to autism-like behavior. Molecular Psychiatry, Vol. 25. 2020, pp. 2979–2993.
Winkler, M., Biswas, S., Berger, S.M., Küchler M, Preisendörfer L, Choo M, Früh S, Rem PD, Enkel T, Arnold B, Komljenovic D, Sticht C, Goerdt S, Bettler B, von Bohlen Und Halbach O, Bartsch D, Géraud C.
(See online at https://doi.org/10.1038/s41380-019-0519-9)
