Autoren:	Treiber, Daniela
Titel:	Untersuchungen zur Expression und Funktion der Acetylcholin-Bindeproteine der Posthornschnecke Biomphalaria glabrata
Online-Publikationsdatum:	27-Sep-2018
Erscheinungsdatum:	2018
Sprache des Dokuments:	Deutsch
Zusammenfassung/Abstract:	Nicotinische Acetylcholinrezeptoren (nAChR) sind Membranproteine und spielen eine wichtige neurophysiologische Rolle bei Tieren. Die Acetylcholin-Bindeproteine (AChBPs) sind pentamere Hämolympheproteine, die bei Mollusken vorkommen. Sie sind strukturelle und funktionelle Homologe der Ligandenbindedomäne (LBD) von nAChR und werden wegen ihrer Wasserlöslichkeit stellvertretend für Ligandenbindungs-Experimente verwendet. Über biologischen Funktionen dieser Proteine bei Mollusken sind weniger Details bekannt. In unserer Arbeitsgruppe wurde bei der planorbiden Schnecke Biomphalaria glabrata (Zwischenwirt des Bilharziose-Erregers) ein AChBP entdeckt, welches aus zwölf Pentameren einem regulären Dodekaeder mit 25 nm Durchmesser bildet. Diese Symmetrie und Größe erlauben elektronenmikroskopische 3D-Rekonstruktionen in hoher Auflösung. Bei B. glabrata gibt es zwei AChBP-Isoformen (Bg-AChBP1 und Bg-AChBP2). Sie wurden rekombinant als Dodekaeder (Bg-AChBP1) und Pentamere (Bg-AChBP2) exprimiert. Im Rahmen meiner Arbeit galt es, Hinweise für mögliche biologische Funktionen von Bg-AChBP1 und Bg-AChBP2 zu sammeln. Die Expressionsorte im adulten Tier ermittelte ich durch Immunfluoreszenzmikroskopie mit isoformspezifischen Antikörpern sowie durch In-situ-Hybridisierung mit spezifischen cDNA-Sonden. Bg-AChBP1 wird in Glia-ähnlichen Zellen des Cerebralganglions sowie sehr kräftig in den Mantelepithelzellen exprimiert. Bg-AChBP2 wird nur im Cerebralganglion gebildet, wobei nur in manchen Zellen eine Co-Expression mit Bg-AChBP1 erfolgt. Ähnliche Versuche mit Larvalstadien zeigten, dass diese lediglich Bg-AChBP1 exprimieren, das aber von Beginn an. Durch umfangreiche Experimente zur Schalenbildung konnte ich in Kooperation mit Gruppen aus den Mainzer Materialwissenschaften zeigen, dass beide Isoformen amorphes Calciumcarbonat binden und die Bildung von Aragonit gegenüber Calcit fördern, insbesondere in Kombination mit Magnesiumionen. Aufgrund seiner Expression im Mantelepithelium ist jedoch nur Bg-AChBP1 in der Lage, sich in der extrapallialen Flüssigkeit anzureichern und so die Schalenbildung zu beeinflussen. Zudem konnte ich die Anwesenheit von Bg-AChBP1 und die Abwesenheit von Bg-AChBP2 in der organischen unlöslichen Matrix der Schale vermittels Immunfluoreszenz-mikroskopie nachweisen. Das alles macht eine Rolle von Bg-AChBP1 bei der Schalenbildung sehr wahrscheinlich und von Bg-AChBP2 sehr unwahrscheinlich. Aus der differenziellen Expression beider Isoformen im Gehirn kann man schließen, dass sie eine etwas unterschiedliche Rolle bei der Regulation der synaptischen Transmission spielen. Nicotinic acetylcholine receptors (nAChR) are membrane proteins and play an important neurophysiological role in animals. Acetylcholine-binding proteins (AChBPs) are pentameric hemolymph proteins in some molluscs. They are structural and functional homologues of the ligand-binding domain (LBD) of nAChR and due to their solubility in water are often used in ligand-binding studies as surrogates of nAChR. The biological roles of these proteins in molluscs are less well studied. We found previously that in the planorbid snail Biomphalaria glabrata (a schistosomiasis parasite vector), twelve AChBP pentamers are further assembled as a regular pentagonal dodecahedron, 25 nm in diameter. This symmetry and size allows high-resolution 3D reconstructions from electron microscopical images. B. glabrata has two AChBP isoforms (Bg-ACHBP1 and Bg-AChBP2). They have been recombinantly expressed as dodecahedra (Bg-AChBP1) and pentamers (Bg-AChBP2). The goal of my thesis was collecting information about possible biological functions of Bg-AChBP1 and Bg-AChBP2. Their expression patterns in adult animals could be revealed by immunofluorescence microscopy with isoform-specific antibodies, and by in situ hybridization using isoform-specific cDNA probes. Bg-AChBP1 is expressed in glia-like cells of the cerebral ganglion and, very strongly, in the mantle epithelial cells. Bg-AChBP2 is exclusively produced in the cerebral ganglion; co-expression with Bg-ACHBP1 occurs only in some of these cells. Similar experiments with larval stages showed that they express only Bg-AChBP1, but this from the beginning. In a large pile of experiments on shell formation in cooperation with working groups in the Material Sciences of our university, I could show that both isoforms bind to amorphous calcium carbonate and promote the formation of aragonite over calcite, especially in combination with magnesium ions. Nevertheless, due to its expression in the mantle epithelium, only Bg-AChBP1 is in a position to be enriched in the extrapallial fluid and thereby able to influence shell growth. Moreover I could show, by immunofluorescence microscopy, the presence of Bg-AChBP1 and the absence of Bg-AChBP2 in the organic insoluble matrix of the shell. All these results strongly suggest a role of Bg-AChBP1 in shell growth and make such a role highly unlikely for Bg-AChBP2. As deduced from the observed differential expression of both isoforms in the brain, they might play a somewhat differing role in the regulation of synaptic transmission.
DDC-Sachgruppe:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Veröffentlichende Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit:	FB 10 Biologie
Veröffentlichungsort:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1158
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000023139
Version:	Original work
Publikationstyp:	Dissertation
Nutzungsrechte:	Urheberrechtsschutz
Informationen zu den Nutzungsrechten:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Umfang:	136 Seiten
Enthalten in den Sammlungen:	JGU-Publikationen