Mannose-6-Phosphat abhängiger Transport von Neuroserpin

Abstract

Neuroserpin ist ein Protein aus der Familie der Serinproteaseinhibitoren, das aus neuronalen Axonen während der späten Entwicklungsphase des Gehirns sezerniert wird und eine wichtige Rolle bei der Reifung des Gehirns und der synaptischen Plastizität spielt. Neue Erkenntnisse deuten daraufhin, dass Neuroserpin nicht wie bisher postuliert ein reines Sekretionsprotein ist, sondern auch intrazelluläre Funktionen erfüllt, die über eine Markierung mit Mannose-6-Phosphat (Man6P), dem Erkennungsmolekül für lysosomale Enzyme, vermittelt sein könnten. In dieser Arbeit konnte sowohl in vivo in einem Mausmodell mit Neuroserpin überexprimierenden Mäusen als auch in vitro in einem Zellkulturmodell mit Neuroserpin exprimierenden HEK-293 Zellen mit der Man6P-Affinitätschromatographie gezeigt werden, dass Neuroserpin ein Mannose-6-phosphoryliertes Protein ist. Die Bedeutung dieser Modifikation für den intrazellulären Transport des Proteins konnte morphologisch im Mausgewebe per Immuno-Elektronenmikroskopie und Immunhistochemie sowie in Zellkultur mit Hilfe von Immunozytochemie gezeigt werden. Sowohl in vivo als auch in vitro wurden so geringe Mengen an Neuroserpin im Lysosom entdeckt. Erstmals wurden Punktmutationen an den N-Glykosylierungsstellen N157 und N321 erstellt, an denen eine Man6-Phosphorylierung postuliert wurde. In Lysosomen von HEK-293 Zellen, die Neuroserpin exprimierten, das nicht mehr Man6-phosphoryliert werden kann, konnte immunozytochemisch kein Neuroserpin nachgewiesen werden. Somit konnte gezeigt werden, dass der Transport von Neuroserpin in das Lysosomen Man6-Phosphat abhängig ist. Die Tatsache, dass Neuroserpin einen weiteren, bisher nicht bekannten Transportweg nutzt, legt nahe, nach einer Serinprotease im Lysosom zu suchen, die von Neuroserpin gehemmt wird.

Neuroserpin, a serine protease inhibitor specifically expressed in neurons of the central and peripheral nervous system, is involved in regulating synaptic plasticity, neuronal migration, and axogenesis. Although its regulation of the activity of extracellular proteases, such as tissue-type plasminogen activator, may help to explain some of neuroserpins functions, there is an ongoing debate on tPA-independent effects for neuroserpin, possibly mediated by intracellular functions. In the current study, we investigated Nglycosylation and transport of neuroserpin. We found that at least one N-glycosylation contains high-mannose oligosaccharides typical for mannose 6 phosphorylation. This is in agreement with a previous study, predicting mannose 6- phosphorylation of neuroserpin using a mass spectrometric approach. Our data further suggests that Man6P residues target neuroserpin to the lysosome and absence of high-mannose oligosaccharides leads to disappearance of neuroserpin from lysosomes. This fits with data showing that neuroserpin interacts with a target protease intracellularly. Interestingly, an acidic environment seems to favour this interaction. Since lysosomes are the only intracellular compartment with an acidic pH of approximately 4.8 interaction with a lysosomal protease seems plausible. Thus, it is conceivable that neuroserpin has multiple functions both extracellularly and intracellularly. This could help to explain observations in neuroserpindeficient mice or cells, that cannot be linked to tPA.