Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-3324
Authors: Abraham, Christian
Title: Expressions- und Funktionsanalysen von "Tetraspan Vesicle Membrane Proteins" in Caenorhabditis elegans
Online publication date: 18-Jun-2007
Language: german
Abstract: Tetraspan vesicle membrane proteins (TVPs) sind ubiquitäre Komponenten von Transportvesikeln. Bei den Säugetieren unterscheidet man drei Familien, die Physine, Gyrine und SCAMPs (secretory carrier-associated membrane proteins). Ihre Funktion ist weitgehend unbekannt, es wird jedoch vermutet, dass sie eine Rolle bei der Vesikelbildung und der Vesikelrezirkulierung spielen. In Caenorhabditis elegans existiert von jeder Familie jeweils nur ein einziges Polypeptid: für die Physine Synaptophysin (SPH-1), für die Gyrine Synaptogyrin (SNG-1) und für die SCAMPs SCAMP (SCM-1). Ziel der Arbeit war es die Verteilung der C. elegans TVPs zu untersuchen und ihre Funktion unter besonderer Berücksichtigung der vesikelvermittelten synaptischen Kopplung zu bestimmen. Wenn die C. elegans TVPs in humanen Epithelzellen synthetisiert werden, lokalisieren sie in zytoplasmatischen Vesikeln. In Kotransfektionsexperimenten wurde gezeigt, dass sie größtenteils in den gleichen Strukturen enthalten sind. In C. elegans synthetisierte TVP-Reporterkonstrukte können in unterschiedlichen Geweben nachgewiesen werden. Dabei ist SNG-1 fast ausschließlich in Neuronen zu finden. SPH-1 und SCM-1 hingegen weisen komplexe und teilweise überlappende Verteilungsmuster auf. Während für SPH-1 eine starke Fluoreszenz im Pharynx, auf der apikalen Seite der Darmzellen oberhalb des sog. terminal webs und in adluminalen Regionen von exkretorischen Geweben gefunden wurde, war SCM-1 stark in der Muskulatur und den Coelomozyten vertreten. Die Expression von SCM-1 in Pharynx und Darm war deutlich schwächer. Die C. elegans TVPs werden früh in der Entwicklung ab der Gastrulation (SPH-1 und SCM-1) bzw. ab der Neurulation im sog. Komma-Stadium (SNG-1) produziert. Um die Funktion der TVPs in C. elegans zu untersuchen, wurden TVP-Mutanten analysiert. Durch Kombination aller drei TVP-Gen-Mutanten wurden TVP-Dreifachmutanten generiert. Diese wiesen keinen offensichtlichen Defekt im Bewegungsmuster auf, entwickelten sich normal und bildeten ein normales Nervensystem aus. Auch auf unterschiedliche chemische und physikalische Reize in sensorischen Tests reagierten die TVP-Dreifachmutanten in gleicher Weise wie Wildtyptiere. Ebenso zeigen die TVP-Dreifachmutanten elektrophysiologisch unter normalen Bedingungen keine anormalen Reaktionsmuster. In ultrastrukturellen Untersuchungen wurde lediglich eine signifikant erhöhte Anzahl Clathrin-ummantelter Vesikel in cholinergen Synapsen gefunden. Erst unter Stressbedingungen, hervorgerufen durch den GABA-Antagonisten Pentylentetrazol (PTZ), wiesen sowohl die TVP-Dreifach- als auch die TVP-Einzelmutanten eine deutlich erhöhte Krampfbereitschaft auf. Zusammengenommen zeigen die Analysen, dass TVPs zwar für grundlegende neuronale Prozesse nicht notwendig sind, dass sie aber auf der anderen Seite vermutlich an alternativen redundanten Wegen der Neurotransmitterfreisetzung beteiligt sind.
Tetraspan vesicle membrane proteins (TVPs) are ubiquitous vesicle components and are grouped into three families in mammals: the physins, gyrins, and SCAMPs (secretory carrier-associated membrane proteins). Although it has been suggested that TVPs participate in vesicle formation and/or recycling, their precise role is not known. To analyze TVP function, we decided to use the model organism Caenorhabditis elegans. Here, each TVP family is represented only by a single member, i.e., the physin SPH-1, the gyrin SNG-1, and the SCAMP SCM-1. When the C. elegans TVP-cDNAs were synthesized in human epithelial cells they were targeted to vesicular compartments exhibiting substantial co-localization suggesting that they fulfill partially overlapping and evolutionary conserved functions in distinct subcellular topologies. Cell type-specific distribution patterns of TVPs were then examined in adult worms with the help of transcriptional and translational reporter constructs. It was observed that SNG-1 was almost exclusively synthesized in the nervous system where it localized to synapses. SPH-1, on the other hand, was absent in neurons but was easily detectable in the entire gut and its appendages. In addition to a multipunctate, i.e., vesicular distribution, SPH-1 was highly concentrated at the apical side of intestinal and excretory cells above the terminal web. SCM-1 was prominent in coelomocytes and muscle cells where it localized to dense bodies. Weak expression of SCM-1 was noted in the pharynx and intestine. During morphogenesis SPH-1 and SCM-1 could be detected from the gastrula stage onwards and SNG-1 was first observed during neurulation at the comma-stage. r To investigate possible functions of TVPs in C. elegans, single, double and triple mutant animals were analyzed. Surprisingly, the TVP-triple-mutant animals presented normal behavior and development. Moreover, neuronal development and neuronal functions were indistinguishable from wild type animals except for an increase in clathrin-coated vesicles in cholinergic terminals. When animals were treated with the GABA-antagonist pentylenetetrazole (PTZ), however, TVP mutant animals showed an increased cramping behavior. Taken together these data suggest that TVPs are not essential for basic neuronal function but are involved in redundant pathways of neurotransmitter release.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3324
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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