Barentsz - Bestandteil eines konservierten Ribonucleoprotein-Komplexes aus dem Rattenhirn

Abstract

Bei komplexen Hirnfunktionen wie z. B. der Gedächtnisbildung werden einzelne Kontaktstellen zwischen Nervenzellen durch die lokale Aktivität bestimmter Proteine moduliert. Der Transport der entsprechenden mRNAs in die Dendriten von Neuronen und deren anschließende lokale Translation an aktivierten Synapsen stellt hierbei einen möglichen Mechanismus dar. Staufen-Proteine spielen bei diesem Transportprozeß entlang von Mikrotubuli vom Zellkörper an die Synapsen eine wichtige Rolle. Weitere, daran beteiligte Proteine sind jedoch noch weitgehend unbekannt. Daher war ein Ziel meiner Doktorarbeit, Komponenten dieser Ribonucleoprotein-Partikel (RNPs) zu identifizieren. In Drosophila melanogaster sind Staufen, Barentsz sowie die schwere Kette von Kinesin (KHC) essentielle Proteine, die an der Lokalisierung von oskar mRNA an den posterioren Pol der Oocyte beteiligt sind. Daher habe ich mich zunächst mit der Frage beschäftigt, ob Säuger-Barentsz eine Komponente der Staufen/mRNP-Komplexe in Neuronen darstellt. Über Immunpräzipitationen gelang mir der Nachweis, daß Barentsz mit Staufen1 und zwei Staufen2-Isoformen interagiert. Diese Interaktion ist RNA-abhängig und erfolgt über die konservierte Domäne von Barentsz. Interessanterweise kommen sowohl die dendritisch lokalisierte BC1 RNA sowie mehrere noch nicht identifizierte mRNAs in den Barentsz-Komplexen vor. Weiterhin interagiert Barentsz mit dem eukaryontischen Initiationsfaktor eIF4AIII, dem RNA-Bindeprotein FMRP, der leichten und schweren Kette von MAP1B sowie mehreren noch nicht identifizierten RNA-Bindeproteinen. Im zweiten Teil meiner Doktorarbeit untersuchte ich, ob ein Kinesin-Motorprotein in diesen RNPs vorhanden ist. Wiederum gelang mir über Immunfällungen der Nachweis, daß Barentsz mit einem noch nicht identifizierten Kinesin mit einem Molekulargewicht von 150 kDa sowie mit KHC interagiert. Barentsz liegt in Gehirnextrakten phosphoryliert vor. Da eine Dephosphorylierung von Barentsz die Interaktion mit KHC verstärkt, könnte dies eine Regulation des Transportprozesses darstellen.

Zusammenfassend legen diese Ergebnisse nahe, daß Staufen, Barentsz und KHC Proteine eines konservierten Komplexes darstellen, der für die mRNA-Lokalisierung in verschiedenen Organismen verantwortlich ist.

During complex functions of the brain (e.g. formation of memory), contact sites between neurons get modulated by the local activity of specific proteins. The transport of the corresponding mRNAs into dendrites and their subsequent translation at activated synapses represents a possible mechanism to accomplish this. Staufen proteins are important components for the transport of transcripts along microtubules from the cell body to the synapses. However, few proteins of the transport machinery have been identified so far. Therefore, one aim of my Ph.D. thesis was the identification of further components of these ribonucleoparticles (RNPs).

In Drosophila melanogaster Staufen, Barentsz and kinesin heavy chain (KHC) are essential proteins for the localization of oskar mRNA to the posterior pole of the oocyte. Therefore I investigated, whether the mammalian homolog of Drosophila Barentsz is a component of the Staufen/mRNP complexes in neurons. By immunoprecipitation assays I showed that Barentsz interacts with Staufen1 and two isoforms of Staufen2. This interaction is RNA-dependent and mediated by the conserved domain of Barentsz. Interestingly, the dendritically localized BC1 RNA and several not yet identified mRNAs are additional components of the Barentsz complexes. Furthermore, Barentsz interacts with the eukaryotic initiation factor eIF4AIII, the fragile X mental retardation protein (FMRP), the light and heavy chain of the mictrotubule-associated protein 1B (MAP1B) and several, not yet identified RNA binding proteins.

In the second part of my thesis I investigated, whether a kinesin motor protein is associated with Barentsz complexes that could mediate their transport into dendrites. By immunoprecipitations I showed that Barentsz interacts with a kinesin motor protein with a molecular mass of 150 kDa and KHC. In rat brain, Barentsz exists in its phosphorylated form. As the dephosphorylation of Barentsz enhances the interaction with KHC, this may represent a mechanism by which the transport of RNPs could be regulated.

Together, my data suggest that Staufen, Barentsz and KHC are part of a conserved complex which is important for the mRNA transport in different organisms.