| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (29MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-291135
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.29113
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 15 Januar 2015 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Stephan Schneuwly |
| Tag der Prüfung: | 23 Oktober 2013 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Entwicklungsbiologie (Prof. Dr. Stephan Schneuwly) |
| Stichwörter / Keywords: | Dynaktin, p150, Glued, DCTN1, Motoneuronerkrankung, Motoneuron, Drosophila, ALS, Amyotrophe Lateralsklerose, Motoneuropathie, dHMN7B, lower motoneuron disease, dynactin, glued |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 29113 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine degenerative Erkrankung der Motoneuronen. ALS tritt zumeist sporadisch auf, dennoch sind auch genetisch bedingte Erkrankungen bekannt. Zu den genetischen Risikofaktoren zählen unter anderem Mutationen im Gen DCTN1. Das Gen DCTN1 kodiert für die Untereinheit p150Glued des Multiproteinkomplexes Dynaktin. Dynaktin interagiert mit dem Motorprotein Dynein ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine degenerative Erkrankung der Motoneuronen. ALS tritt zumeist sporadisch auf, dennoch sind auch genetisch bedingte Erkrankungen bekannt. Zu den genetischen Risikofaktoren zählen unter anderem Mutationen im Gen DCTN1. Das Gen DCTN1 kodiert für die Untereinheit p150Glued des Multiproteinkomplexes Dynaktin. Dynaktin interagiert mit dem Motorprotein Dynein und wird für einen koordinierten axonalen Transport benötigt. Darüber hinaus spielt der Multiproteinkomplex eine wesentliche Rolle in der Entwicklung. Für den Aminosäureaustausch G59S in p150Glued konnte Kosegregation mit der ALS assoziierten Distalen Hereditären Motoneuropathie TypVII nachgewiesen werden. In den letzten Jahren wurden noch weitere potentielle DCTN1-Mutationen identifiziert. Jedoch konnte für keine dieser allelischen Varianten Kosegregation nachgewiesen werden.
In dieser Arbeit wurde ein auf Überexpressionsanalysen basierendes Drosophila melanogaster-Modell für ALS entwickelt. Im Drosophila-Modell führt die Überexpression der dHMN7B verursachenden Mutation G59S zu einem altersabhängigen Verlust der motorischen Fähigkeiten. Des Weiteren aggregiert das mutante Protein in den Zellen und dissoziiert von den Mikrotubuli. Sowohl Tiere, die das wildtypische Protein als auch die mutante Version exprimieren zeigen Neurodegeneration. Es konnte aber kein erhöhter Zellverlust in G59S-Tieren beobachtet werden. Die Überexpression des wildtypischen Proteins führt zu schweren Entwicklungsstörungen, wohingegen die mutante Version p150Glued-G59S kaum Probleme in der Entwicklung verursacht. Ein ähnliches Phänomen konnte auch in den Untersuchungen zum axonalen Transport beobachtet werden. Auch hier resultiert die Überexpression des wildtypischen DCTN1 in gravierenden Beeinträchtigungen des axonalen Transports. Die Mutation G59S führt hingegen nur zu milden Transportdefekten. Möglicherweise führt die Überexpression des funktionellen Proteins zu Störungen bei der Komplexbildung, wohingegen die mutante Version die Integrität des Dynaktinkomplexes nicht beeinträchtigt. Das Drosophila-Modell ermöglicht es also Untersuchungen zur Funktion des Multiproteinkomplexes Dynaktin vorzunehmen und zeigt in der Tat nach Überexpression der DCTN1-Variante G59S Phänotypen einer Motoneuronerkrankung. Mit Hilfe dieses ALS-Modells wurden dann neue potentiell pathogene Mutationen im Gen DCTN1 hinsichtlich ihrer funktionellen Auswirkungen in Drosophila charakterisiert und in pathogene Risikofaktoren bzw. benigne Polymorphismen eingeteilt. Die Charakterisierung der verschiedenen neu identifizierten DCTN1-Sequenzvarianten zeigte, dass sich einige der Mutationen (R149Q, M571T, Y878C und T1249I) in allen Analysen wie die Überexpression des wildtypischen Proteins verhalten. Diese allelischen DCTN1-Varianten können als pathogene Risikofaktoren für ALS ausgeschlossen werden. Eine Reihe der DCTN1-Varianten (D63Y, R148W, I196V und R1049Q) zeigten ebenfalls in den meisten Untersuchungen die gleichen Eigenschaften bzw. Phänotypen wie das wildtypische Protein. Dennoch konnten in all diesen Mutationen auch starke Beeinträchtigungen der motorischen Fähigkeiten bzw. der Lokomotoraktivität nachgewiesen werden. Ebenso resultierte die Überexpression dieser Mutationen in einer veränderten zellulären Verteilung des Proteins. Dies legt nahe, dass es sich bei diesen DCTN1-Formen wahrscheinlich eher um Risikofaktoren handelt, die Teil eines polygenetischen Erbgangs sind oder die Prädisposition für ALS erhöhen. Die Überexpression, der in derselben Domäne wie G59S liegenden Mutation E34Q, zeigt in fast jedem Parameter ein vom wildtypischen Protein abweichendes Verhalten. Bemerkenswert ist zudem, dass E34Q häufig zu den gleichen Effekten bzw. Defekten führt wie die Mutation G59S. Die Mutation E34Q ist damit ein viel versprechender Kandidat für eine tatsächlich ALS verursachende Mutation und sollte im Säugermodell weiter untersucht werden.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte ein verlässliches neues Tiermodell für ALS etabliert werden, das es ermöglicht die Pathogenese der selektiven Erkrankung der Motoneurone besser verstehen zu können. Zudem ist es gelungen, anhand dieses Modells für die Krankheitsentstehung wichtige Mutationen beziehungsweise Risikofaktoren zu identifizieren.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder characterized by the progressive loss of upper and lower motor neurons. ALS mostly occurs sporadically; nevertheless about 5-10 % of ALS cases are inherited. Familial ALS has been linked to several risk factors among these are mutations in the gene DCTN1. DCTN1 encodes for the subunit p150Glued of the multi subunit protein ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder characterized by the progressive loss of upper and lower motor neurons. ALS mostly occurs sporadically; nevertheless about 5-10 % of ALS cases are inherited. Familial ALS has been linked to several risk factors among these are mutations in the gene DCTN1. DCTN1 encodes for the subunit p150Glued of the multi subunit protein dynactin. Dynactin interacts with the motor protein dynein and is required for the coordinated axonal transport along microtubules. Furthermore, the dynactin protein complex plays a crucial role in cell division. The amino acid exchange G59S in the subunit p150Glued has been reported to segregate with distal hereditary motor neuropathy type VII; a rare, slow progressive familial lower motor neuron disease. Over the past years more allelic DCTN1 variants have been identified, but cosegregation with ALS remains unproven.
To examine if those mutations in DCTN1 represent previously unknown risk factors for ALS, I established a Drosophila model of ALS based on misexpression analyses of human p150Glued. I generated transgenic flies expressing the wild type gene or mutant DCTN1 including the mutation G59S as a positive control. In this study I investigated locomotion, cellular distribution of p150Glued, axonal transport as well as developmental effects. Flies overexpressing the disease-associated mutation G59S develop an age-dependent locomotor phenotype and we could show that mutant p150Glued (G59S) aggregates in Drosophila. Furthermore, both wild type and mutant DCTN1 lead to an age-dependent neurodegeneration. Interestingly, misexpression of the wild type protein results in severe developmental defects and an impaired axonal transport. However, G59S only shows very weak developmental and transport phenotypes indicating that the wild type and not the mutant subunit disrupts functional integrity of the protein complex dynactin. In terms of the newly identified mutations I could show that four DCTN1 variants (R149Q, M571T, Y878C and T1249I) do not cause any aberrant features compared to overexpression of the human wild type gene suggesting that these allelic variants are benign polymorphisms. However, the mutations D63Y, R148W, I196V and R1049Q revealed alterations in the examined phenotypes at least with regard to an impaired locomotor activity and altered cellular p150Glued distribution. Therefore, these mutations are unlikely to be pathogenic, but they could be part of a polygenic pattern of inheritance or increase the genetic predisposition to develop ALS. Remarkably, misexpression of the DCTN1 mutation E34Q revealed aberrant phenotypic effects compared to misexpression of the human wild type DCTN1 for all investigated parameters. Moreover, E34Q leads to similar effects like the ALS linked mutation G59S indicating that E34Q might be indeed a pathogenic DCTN1 mutation and ALS risk factor respectively.
My results show that our Drosophila model mimics motor neuron disease phenotypes and could be used to characterize newly identified DCTN1 mutations.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 01:39
Nur für Besitzer und Autoren: Kontrollseite des Eintrags
Downloadstatistik