Characterisation of carriers and receptors of the LewisX glycan in the nervous system of mice (Mus musculus L., 1758)

Abstract

Glykosylierte Zelloberflächen- und extrazelluläre Matrix-Moleküle übernehmen wichtige Funktionen im Nervensystem während der Entwicklung, der Regeneration und synaptischen Plastizität. Lewisx ist ein Kohlenhydrat, welches durch den monoklonalen Antikörper L5 erkannt wird, und es wird sowohl im peripheren als auch zentralen Nervensystem während der Entwicklung und im adulten Organismus exprimiert. In frühen embryonalen Stadien vermittelt es die Zellerkennung neuraler Zellen und ist allgemein an Prozessen wie Neuritogenese und Neuralrohrbildung beteiligt. Die Trägermoleküle von Lewisx und ihre Rezeptoren, die bei diesen Vorgängen eine wichtige Rolle spielen, sind bisher nicht bekannt. Die folgenden Resultate dieser Studie ermöglichen eine weiterführende Charakterisierung bzw. Aufklärung der Funktion von Lewisx: 1. Durch Immun-Affinitäts-Chromatographie konnte das Zelladhäsionsmolekül Contactin-1 als neues Lewisx–Trägermolekül ermittelt werden. 2. Das Lektin Galectin-3 und eine Isoform von MBP (myelin basic protein) wurden mittels Phage-Display als mögliche Lewisx-Rezeptoren identifiziert. 3. Ein zyklisches Peptid, welches als Glycomimetikum des Lewisx-Glykans wirksam ist wurde durch Phage-Display isoliert. Das Lewisx-Glycomimetikum wurde in-vitro in Neuritenwachstum-Versuchen eingesetzt und in-vivo in Regenerations-Experimenten nach Läsion von Rückenmarksnerven und peripheren Nerven verwendet, um die biologische Funktion von Lewisx zu untersuchen. Obwohl eine Interaktion des Glycans mit den genannten Rezeptoren experimentell nachgewiesen werden konnte, bleibt die in-vivo-Funktion des Lewisx-Glycans weiterhin ungeklärt.

Carbohydrate carrying cell surface and extracellular matrix molecules have been ascribed with roles in development, regeneration and synaptic plasticity in the nervous system. Lewisx is one such carbohydrate that is recognized by the monoclonal antibody L5 and is expressed in the developing and adult nervous system, both central and peripheral. It mediates recognition among neural cells at early embryonic stages and has been implicated in neural tube closure and neuritogenesis but the molecular carriers of Lewisx and its receptors are currently not known. The following findings of the present study can enable further elucidation of the functional roles of Lewisx: 1) contactin-1 a cell surface adhesion molecule was identified as a novel Lewisx carrying molecule by antibody affinity chromatography experiments, 2) the lectin galectin-3 and an isoform of myelin basic protein were identified as probable receptors for Lewisx by phage display experiments and 3) a cyclic peptide was identified as a mimetic of the Lewisx glycan by phage display experiments. Different aspects of the biological roles of Lewisx were investigated by introducing the glycomimetic in in-vitro assays measuring neurite outgrowth and in-vivo assays in mice like regeneration of peripheral nerve and spinal cord after injury. Evidence from these experiments indicates that while the interactions of the glycan and its receptors may be true, a specific in-vivo function of the Lewisx glycan is yet to be identified.