Funktion von Sad Kinasen für die Differenzierung von Neuronen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein wesentlicher Schritt während der Differenzierung von Neuronen ist die Etablierung einer polarisierten Morphologie mit einem Axon und mehreren Dendriten. Die sequentielle Aktivität der Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat 3-Kinase, der GTPasen Rap1B und Cdc42 und des Par3/Par6/aPKC Komplexes steuert die Polarisierung von Neuronen. Neben diesem Signalweg spielen auch Mitglieder der Familie der AMPK-verwandten Ser/Thr-Kinasen wie Mark2, SadA und SadB eine wichtige Rolle bei der Spezifikation von Axonen. Während der Embryonalentwicklung des Kortex entstehen Neurone durch die Teilung von Radialglia oder basalen Vorläuferzellen und sind zunächst multipolar. Diese multipolaren Neuronen verbleiben für einige Zeit in der Subventrikular- und Intermediärzone ehe sie eine bipolare Form annehmen und radial entlang der Ausläufer der Radialglia zu ihrer endgültige Position in der Kortikalplatte wadern. Wir haben Schnittkulturen des embryonalen Kortes verwendet, um diese Polarisierung von Neuronen durch Lebendzellaufnahmen nach ex vivo Elektroporation zu untersuchen. Diese Analysen zeigten, dass multipolare Neurone als erstes ein Axon bilden. Dabei wird, anders als lange angenommen, in der Mehrzahl der Fälle ein tangential orientierter Ausläufer der Neurone zum Axon. Im Anschluss an die Spezifizierung des Axons folgt wenige Stunden später die Ausbildung des Leading Process und der Beginn der radialen Migration, wobei Neurone dann ein bipolare Morphologie annehmen. Bei der Suche nach weiteren Faktoren, die die neuronale Polarität steuern, haben wir mit den Kinasen Ndr1 und 2 einen neuen Signalweges identifiziert, der für die Differenzierung von Neuronen notwendig ist. Der Knockdown der Kinasen Ndr1 und 2 in hippocampalen Neuronen führt zur Bildung multipler Axone. Ndr1 und 2 werden indirekt durch den Tumorsuppressor Rassf5 reguliert. Interaktion mit Rassf5 aktiviert Mst Kinasen, die wiederum Ndr1 und 2 phosphorylieren. Knockdown von Rassf5 in hippocampalen Neuronen hat den gleiche Phenotyp wie der von Ndr1/2. Der Verlust von Rassf5 kann durch eine pseudophosphorylierte Ndr2 Mutanten gerettet werden, die eine Phosphorylierung durch Mst Kinasen nachahmt. Mittels verschiedener biochemischer Assays konnten wir Par3 als Substrat der Ndr Kinasen identifizieren und damit eine Verbindung zu einem wichtigen Regulator der neuronalen Polarität herstellen. Die Phosphorylierung von Par3 durch Ndr1/2 reguliert dessen selektive Lokalisierung im Axon. Par3 Phosphorylierung blockiert dessen Interaktion mit Dynein und damit den retrograden Par3 Transport aus dem Axon. Damit ermöglichen Rassf5 und Ndr1/2 die Konzentration von Par3 im Axon und dessen Wachstum.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2010). Persistence of the cell cycle checkpoint kinase Wee1 in SadA/B-deficient neurons disrupts neuronal polarity. J. Cell Sci. 123, 286-294
Müller, M., Lutter, D., and Püschel, A.W.
- (2014). Rassf5 and Ndr kinases regulate neuronal polarity through Par3 phosphorylation in a novel pathway. J. Cell Sci., 2014 127: 3463-3476
Rui Yang, Eryan Kong, Jing Jin, Alexander Hergovich, Andreas W. Püschel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1242/jcs.146696)
