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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-39694
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2009/3969/


Funktionelle Charakterisierung des Lewisx-Glykans auf dem Zelladhäsionsmolekül CD24 im Nervensystem der Maus (Mus musculus Linné, 1758)

Functional characterization of the Lewisx glycan on the cell adhesion molecule CD24 in the nervous system of the mouse (Mus musculus Linné, 1758)

Lieberoth, Annika

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SWD-Schlagwörter: HSA , Glykosylierung , Nervensystem
Freie Schlagwörter (Deutsch): Lewisx , L1 , TAG-1 , F3 , Caspr
Basisklassifikation: 35.77 , 35.71 , 42.15
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schachner, Melitta (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.11.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 16.01.2009
Kurzfassung auf Deutsch: CD24 ist ein Zelladhäsionsmolekül, das wichtige Glykane wie alpha2,3-Sialinsäure und Lewisx trägt. CD24 fördert das Neuritenwachstum von Kleinhirnneuronen und inhibiert das von Hinterwurzelganglienneuronen (DRG-Neuronen). Um die Mechanismen dieser gegenteiligen Effekte von CD24 zu verstehen, wurden die molekularen Unterschiede in den beiden Zelltypen untersucht. Dabei konnten die beiden Zelladhäsionsmoleküle TAG-1 und F3 als funktionelle Rezeptoren für CD24 sowohl in Kleinhirn- als auch in DRG-Neuronen identifiziert werden. Die physiologische Assoziation von TAG-1 und F3 mit CD24 sowie eine direkte Bindung konnte mittels Immunpräzipitation, Immunzytochemie und Pulldown-Experimenten gezeigt werden. Sowohl in Kleinhirn- als auch in DRG-Neuronen binden L1 über alpha2,3-Sialinsäure sowie TAG-1 und F3 über Lewisx in trans an CD24. Die CD24-abhängige Förderung des Neuritenwachstums von Kleinhirnneuronen wird durch einen neuronalen Komplex aus L1, TAG-1 und F3 unabhängig von Caspr und Caspr2 vermittelt. Da auch das Neuritenwachstum von hippocampalen Neuronen durch CD24 gefördert wird, könnte dies einen generellen Mechanismus in allen ähnlichen, unmyelinisierten Neuronentypen des zentralen Nervensystems darstellen. Dagegen wirken TAG-1 und F3 im CD24-vermittelten Neuritenwachstum von DRG-Neuronen synergistisch in zwei neuronalen Komplexen aus L1, TAG-1 und Caspr2 oder L1, F3 und Caspr. Die Beteiligung von Caspr und Caspr2 ist wahrscheinlich für die Inhibition des Neuritenwachstums bei DRG-Neuronen verantwortlich. Die Signaltransduktion, die dort durch CD24 hervorgerufen wird und zur Inhibition
des Neuritenwachstums führt, könnte in allen ähnlichen, myelinisierten Neuronentypen auf diese Weise ablaufen, da auch für das Neuritenwachstum von Motoneuronen eine Inhibition durch CD24 gezeigt werden konnte und dieser Effekt aus früheren Arbeiten für perinatale retinale Ganglienzellen bekannt ist.
Obwohl schon seit mehr als zehn Jahren mit CD24-defizienten Mäusen gearbeitet wird gibt es bislang keine veröffentlichten Erkenntnisse zum Verhalten dieser Mäuse. CD24 übt jedoch Funktionen im Kleinhirn und in Motoneuronen aus. Außerdem wurde kürzlich in verschiedenen Studien gezeigt, dass Mäuse, die kein Lewisx synthetisieren, in Verhaltensstudien ängstlicher reagieren und dass das
Kleinhirn an der Konditionierung bei Furchtverhalten beteiligt ist. Die Defizienz von CD24 könnte demnach die motorischen Fähigkeiten und das Angst- bzw. Furchtverhalten von Mäusen beeinflussen. Im Rahmen dieser Dissertation durchgeführte Verhaltensexperimente mit CD24-defizienten Mäusen und deren Wildtyp-Geschwister konnten diesbezüglich jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Genotypen aufweisen.
Das Lewisx-Glykan ist nicht nur für die Funktionen von CD24 wichtig, sondern spielt auch in vielen weiteren medizinisch relevanten Prozessen wie Infektionen und Krebserkrankungen eine große Rolle. Ein Molekül, das die gleichen Eigenschaften wie das Lewisx-Glykan besitzt und sich zudem
für therapeutische Einsätze eignet, kann hilfreich bei der Behandlung solcher Krankheiten sein. Um organische Mimetika für Lewisx zu finden, wurde ein Screening einer Bibliothek aus 20000 organischen Substanzen durchgeführt. Nach der Validierung und der Analyse in neuronalen Primärkulturen
konnte eine Substanz identifiziert werden, die die gleichen Effekte wie das Lewisx-Glykan hervorruft. Weitere Analysen und Optimierungen dieser Substanz müssen durchgeführt werden, bevor sie in Zukunft möglicherweise auch die Lewisx-abhängigen Auswirkungen von mikrobiellen Infektionen
lindern bzw. Metastasierungen von Tumoren hemmen kann.
Kurzfassung auf Englisch: CD24 is a cell adhesion molecule that carries important glycans like alpha2,3-linked sialic acid and Lewisx. It promotes neurite outgrowth of cerebellar neurons and inhibits that of dorsal root ganglion (DRG) neurons. This is why the underlying molecular mechanisms that lead to these opposing effects amongst the two cell types were investigated. In an effort to understand these mechanisms,
the cell adhesion molecules TAG-1 and F3 were identified as functional Lewisx receptors for CD24. A direct interaction of TAG-1 and F3 with CD24 was established by immunoprecipitation, immunocytochemical and pulldown experiments. In in vitro assays, both TAG-1 and F3 were shown to be receptors mediating CD24-dependent neurite outgrowth of cerebellar and DRG neurons. Furthermore, the promotion of cerebellar neurite outgrowth by CD24 is mediated by a neuronal complex of L1, TAG-1 and F3 which acts independently from Caspr or Caspr2. CD24 binds in trans
to L1 via its alpha2,3-linked sialic acid and to TAG-1 and F3 via its Lewisx. Neurites of hippocampal neurons were also promoted to grow by CD24 which is a phenomenon similar to that of cerebellar neurons. Taking all these experiments into account, it can be proposed that the promotion of neurite outgrowth by CD24 is a general mechanism in unmyelinated neurons of the central nevous system. In contrast, TAG-1 and F3 mediate the inhibition of neurite outgrowth of DRG neurons by the synergism of two neuronal complexes of L1, TAG-1 and Caspr2 or L1, F3 and Caspr. Again the formation of these complexes is mediated by alpha2,3-linked sialic acid and Lewisx with L1 and TAG-1
or F3, respectively. The involvement of Caspr and Caspr2 may explain the inhibitory effect of CD24. This inhibition may be occuring on all myelinated neurons, given that neurite outgrowth of motoneurons was inhibited also by CD24 and this inhibitory effect has been observed previously
with perinatal retinal ganglion cells.
Though mice deficient for CD24 have been created more than ten years ago, there have been no studies describing the behavior of such mice. Recent studies have shown that Lewisx deficient mice display traits of increased anxiety like behaviors and that the cerebellum is involved in fear-related memory. As CD24 is an important carrier of Lewisx and modulates neurite outgrowth of cerebellar and motoneurons, it can be hypothesized that CD24 deficiency could lead to impaired motor-coordination or anxiety- or fear-related behavior. However, experiments performed to identify these traits in CD24 deficient mice showed no significant differences when compared to their wildtype
littermates.
The Lewisx glycan not only plays an important role for the functionality of CD24 but is also important during a multitude of clinically relevant processes of infection and cancer. A drug like molecule that behaves like the Lewisx glycan can be useful in treating these diseases. To identify
small organic compounds mimicking Lewisx, a high throughput screening with a library of 20000 organic compounds was performed. After validation of the hits and analysis in neuronal primary cultures to test their ability to mimic Lewisx, one compound was identified to be suitable to be a
lead compound. Further analysis and optimization of this compound is to be performed before it may also prove of interest for the prevention of microbial infections and cancers involving Lewisx molecules.

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