Profiline: Spezifische Funktionen der Isoformen bei Transkription und Differenzierung zellulärer Strukturen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projektes wurde die Charakterisierung der zellulären Funktion des Profilin-Liganden p42POP als Transkriptionsfaktor weitergeführt. Die Identifizierung von in vivo Zielpromotoren durch Chromatin-Immunpräzipitation untermauerte die bisher in vitro erhaltenen Befunde zur transkriptionellen Aktivität von p42POP. Genexpressionsanalysen nach p42POP-„gene silencing“ mit Hilfe der Microarray-Gene-Chip-Technik lieferten 13 potentielle Zielgene, deren Expression durch p42POP beeinflusst wird. Die bioinformatische Auswertung dieser Daten deutet auf eine Funktion von p42POP als transkriptioneller Repressor in myogenen Differenzierungsprozessen hin und stellt eine Verknüpfung mit komplexen regulatorischen Netzwerken her. Zur Untersuchung der funktionellen Diversität der Profilin-Isoformen wurde in biochemischen Studien gezeigt, dass von den Testis-spezifischen Isoformen nur Profilin 3 mit Aktin, Phosphoinositiden und Poly-Lprolinen interagiert und somit eine Verbindung zur Regulation der Aktindynamik herstellt. Im Gegensatz dazu bindet PFN4 lediglich an Phospholipide, das auf eine Beteiligung an anderen, Aktinunabhängigen Prozessen hindeutet. Expressionsanalysen verschiedener Gewebe des Huhns belegten, dass im Gegensatz zu Säugern Profilin 2a im Huhn nicht auf das zentrale Nervensystem beschränkt ist, sondern ubiquitär exprimiert wird. Durch RNAi-Experimente wurde gezeigt, dass in primären Hühnerfibroblasten vornehmlich Profilin 2a anstelle von Profilin 1 für die Modulation der Zelladhäsion und Zellmotilität verantwortlich ist und daher prinzipiell als Regulator der Aktin-Dynamik fungieren kann. Das in Mammalia ubiquitär exprimierte Profilin1 und das ZNS-spezifische Profilin 2a besitzen in vitro ähnliche biochemische Eigenschaften. Durch die Verwendung Isoform-spezifischer Antikörper konnte eine unterschiedliche Lokalisation von Profilin 1 und Profilin 2a in kultivierten Neuronen nachgewiesen werden. Während Profilin 1 überwiegend homogen in den Neuriten verteilt ist, akkumuliert Profilin 2a in synaptischen Strukturen. Die Entwicklung eines RNAi-gestützten „knockdown & knock in“-Systems ermöglichte die funktionelle Untersuchung von Profilin 2a-Bindungsmutanten in kultivierten hippocampalen Neuronen der Maus. Der Verlust von Profilin 2a führt zu einer verringerten Anzahl von dendritischen Verzweigungen sowie von „dendritic spines“ in CA1-Neuronen. Durch den Einsatz einer Profilin 2a-Mutante mit reduzierter Aktin-Bindung konnte gezeigt werden, dass die Modulation der dendritischen Morphologie auf der direkten Interaktion mit Aktin beruht. Dagegen bewirkte die Expression einer Poly-Prolin-Bindungsmutante die Rekonstitution der normalen dendritischen Komplexität und bewirkte eine signifikante Erhöhung der Dichte der „dendritic spines”. Diese Resultate deuten auf eine Aktin-regulierende Funktion von Profilin 2a in excitatorischen Postsynapsen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2005). Profilin regulates the activity of p42POP, a novel Myb-related transcription factor. J Cell Sci 118, 331-341
Lederer, M., Jockusch, B. M., and Rothkegel, M.
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(2007). The profile of profilin. Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol. 159, 131-49
Jockusch, B.M., Murk, K. and Rothkegel, M.
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(2009). In birds, profilin-2a is ubiquitously expressed and contributes to actin-based motility. J. Cell Sci. 122, 957-964
Murk, K., Buchmeier, S., Jockusch, B.M. and Rothkegel, M.
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(2009). Testis-expressed profilins 3 and 4 show distinct functional characteristics and localize in the acroplaxome-manchette complex in spermatids. BMC Cell Biol., 10:34
Behnen, M., Murk, K., Kursula, P., Cappallo-Obermann, H., Rothkegel, M., Kierszenbaum, A.L. and Kirchhoff, C.
