Das Fragile-X-Syndrom: Vergleichende Analyse der zellulären Proteininteraktionsmuster der physiologischen und einer pathogenen Form des Proteins FMRP

Abstract

Das Fragile-X-Syndrom (FRAX) ist eine der häufigsten Ursachen genetisch bedingter mentaler Retardierung. In nahezu allen Fällen kommt es dabei zur transkriptionellen Abschaltung des fragile X mental retardation gene 1 (FMR1-Gen) und somit zum Fehlen des fragile X mental retardation protein (FMRP). Im Unterschied dazu konnte bei einem Betroffenen eine Punktmutation im FMR-1- Gen beobachtet werden (FMRP-I304N). Es zeigte sich eine ausgeprägte FRAX-ähnliche Symptomatik, obwohl das mutierte Protein in den Zellen des betroffenen Patienten vorliegt. Wie genau das Fehlen von FMRP bzw. der Austausch einer einzelnen Aminosäure (FMRP-I304N) die vielschichtige Symptomatik des FRAX verursacht, konnte bis heute noch nicht vollständig aufgedeckt werden. Die Funktionen des betroffenen RNA-bindenden Proteins FMRP sind daher Bestandteil intensiver Forschung und könnten zudem Hinweise auf zelluläre Veränderungen geben, die eine mentale Retardierung verursachen.

In dieser Arbeit wurden daher Interaktionspartner von FMRP identifiziert, um damit weiteren Aufschluss über die molekularen Wirkmechanismen des Proteins zu gewinnen. Insgesamt konnten 50 putative Interaktionspartner von FMRP identifiziert werden. Die Funktionsspektren dieser mit FMRP assoziierten Proteine deuten auf eine zentrale Rolle von FMRP im RNA-Metabolismus der Zelle, insbesondere im Rahmen der Regulation von Translation und Transkription. Einige der identifizierten Proteine wurden als Interaktionspartner von FMRP näher untersucht. Zu diesen Proteinen gehören DDX5, DDX17, MOV10, PABPC1, RBM14, TDRD3 und XRCC6. Per Western blot wurde analysiert, ob es Unter-schiede dieser Proteine hinsichtlich ihres Bindungsverhaltens zu FMRP und FMRP-I304N gibt. Es zeigte sich, dass FMRP sowohl über RNA-vermittelte als auch durch Protein-Protein-Interaktionen mit anderen Proteinen assoziiert ist. Besonders hervorzuheben ist dabei das Protein TDRD3. Dieses Protein interagiert auf Basis einer Protein-Protein-Interaktion mit FMRP, nicht aber mit dem mutierten Protein FMRP-I304N. Damit ist es das einzige bisher bekannte Protein, welches Unterschiede im Interaktionsverhalten mit FMRP bzw. FMRP-I304N aufweist. Diese Ergebnisse sprechen für einen Bindungsdefekt in der von der Mutation betroffenen KH2-Domäne des Proteins FMRP-I304N, der die Interaktionsfähigkeit des Proteins einschränkt. Der Ausfall der gemeinsamen Funktion von FMRP und TDRD3 könnte somit eine entscheidende Rolle in der Pathogenese des FRAX einnehmen und die vielschichtige Symptomatik des FRAX mit verursachen.