Funktion des humanen Membranadapterproteins Centaurin alpha2 bei der EGF- induzierten Zytoskelett- und Zellform-Remodellierung

Abstract

Das humane Protein Centaurin alpha2 ist intrazellulär in einer Vielzahl menschlicher Gewebe nachweisbar. Durch Struktur- und Sequenzanalysen konnten in dem Protein Elemente detektiert werden, wie sie bei den Signaltransfer innerhalb der Zelle regulierenden Proteinen häufig zu finden sind. Diese Homologien begründeten die Hypothese, dass das Centaurin alpha2, bei in vitro nachgewiesener hoher Bindungskapazität für Phosphatidylinositole, ein vor allem an Membranen assoziiertes Protein darstellt. Die Plasmamembran als Barriere zwischen Intra- und Extrazellulärraum und damit die für ein gesundes und geregeltes Zellwachstum essentielle Kommunikationsebene ist hierbei der Haupt-Assoziationsort des Centaurin alpha2.

Es zeigt sich, dass Centaurin alpha2 in PC12- und NRK-Zellen, abhängig vom zellulären Aktivierungsgrad an die Plasmamembran transloziert und für eine Bindung an die Phosphatidylinositolphosphatkopfgruppen derselben, positiv geladene Aminosäure-Reste der im Centaurin alpha2 zweifach vorhandenen Pleckstrin Homology-Domänen notwendig sind ( PC12: R152, K264, R276; NRK: K141, R152, K153, K264, K268, K274, R276). Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen die vor kurzem veröffentlichten Erkenntnisse, dass das Membranrekruitment, vermittelt über die spezifische Bindung von Centaurin alpha2 an PtdIns(3,4)P2 und PtdIns(3,4,5)P3 wesentlich von der Intaktheit der C-terminalen PH-Domäne abhängig ist [Venkateswarlu et al., 2007]. Ergänzend zu dieser erst kürzlich erschienen Veröffentlichung muss hinzugefügt werden, dass der N-terminalen PH-Domäne im Sinne des o.a. Aviditätsphänomens und anhand der Ergebnisse zu den noch ergänzend untersuchten Mutanten im Bereich dieser PH-Domäne (K264Q, K268Q, K274Q, Y289Q) v.a. in NRK-Zellen eine ebenfalls entscheidende Rolle nicht abgesprochen werden darf.

Die Expressions- und Translokationsantwort ist dabei in den Ratten-Phäochromocytom-Zellen (PC12) deutlich stärker ausgeprägt, als in den nativen Nierenzellen der Ratte (NRK). Auch die möglicherweise über Tyrosin-Reste vermittelte Ausbildung von Wasserstoffbrücken-Bindungen zwischen Centaurin alpha2 und seinen Liganden sind für die Plasmamembranlokalisation entscheidend ( PC12: Y165, Y289; NRK: Y289).

Da mittels hochauflösender mikroskopischer Verfahren neben der Plasmamembranlokalisation auch eine Lokalisation von Centaurin alpha2 an strukturellen Knotenpunkten des Cytoskeletts (Focal adhesions) nachweisbar ist, ist dem Protein eine signalvermittelnde Rolle zuzuschreiben. Die Wirkung dieser Assoziation wird am Cytoskelettsystem, an der Zellmorphologie und dem Anheftungsverhalten bei Stimulation der Zelle mit dem Wachstumsfaktor Epidermal-Growth-Factor sichtbar. Die adhärent wachsenden PC12- und NRK-Zellen verkleinern ihre basale Adhärenzfläche, bei gleichzeitiger Erhöhung ihrer vertikalen Ausdehnung und Erhöhung der Zahl pseudopodienartiger Anheftungen.

Für das humane Centaurin alpha2 wird in dieser Arbeit eine von singulären Aminosäure-Resten abhängige intrazelluläre Translokalisationskapazität aufgezeigt und lässt die Einflussnahme der bereits in dem zum Centaurin alpha1 homologen Gcs1 der Hefe durch Poon et al. 1996 nachgewiesenen Arf-GAP-Funktion auf die Cytoarchitektur der eukaryotischen Zelle sehr wahrscheinlich werden.