Dokument: Analyse der Funktion des Transitionszonenproteins Rpgrip1l und der damit verbundenen molekularen Ursachen der Ausbildung von Ziliopathien

Titel:	Analyse der Funktion des Transitionszonenproteins Rpgrip1l und der damit verbundenen molekularen Ursachen der Ausbildung von Ziliopathien
Weiterer Titel:	Functional analysis of the transition zone protein Rpgrip1l and of the associated molecular causes underlying the development of ciliopathies
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=48218
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190108-100737-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wiegering, Antonia [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,03 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 07.01.2019 / geändert 07.01.2019
Beitragende:	Prof. Dr. Rüther, Ulrich [Gutachter] Prof. Dr. Klein, Thomas [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Primäre Zilien stellen hochkonservierte Organellen dar, die auf nahezu jeder Zelle eines Wirbeltiers zu finden sind. Sie vermitteln eine Vielzahl an Signalwegen und sind daher von essentieller Bedeutung für die Entwicklung und Homöostase eines Lebewesens. Störungen der Zilienfunktion führen im Menschen zu verschiedenen Erkrankungen, die unter dem Begriff Ziliopathien zusammengefasst werden. Eine kurative Therapie für Ziliopathie-Patienten ist bis heute nicht verfügbar und daher wird aktuell nach den molekularen Mechanismen gesucht, die der Ausbildung einer Ziliopathie zu Grunde liegen. Oft wird eine Ziliopathie durch die Mutation eines Genes ausgelöst, welches für ein Protein der ziliären Transitionszone (TZ) kodiert. Die TZ stellt ein Kompartiment der Zilie dar und übt eine Torwächterfunktion aus, indem der ziliäre Import und Export von Proteinen reguliert wird. Ein Protein, das innerhalb der TZ eine besondere Funktion einnimmt, ist Rpgrip1l. Im Menschen führen RPGRIP1L-Mutationen zu lebensbedrohlichen Ziliopathien wie dem Joubert-Syndrom und dem Meckel-Gruber-Syndrom. Um eine Grundlage für die Therapie von Ziliopathien zu schaffen und die molekularen Mechanismen einer Ziliopathieausbildung zu entschlüsseln, wurden in der vorliegenden Arbeit die verschiedenen Funktionen von Rpgrip1l an der Zilie untersucht. Hierzu wurden Analysen in embryonalen Mausfibroblasten (MEFs), immortalisierten embryonalen Mausfibroblasten (NIH3T3), embryonalen Gliedmaßen, verschiedenen embryonalen Organen und humanen embryonalen Nierenzellen (HEK293) durchgeführt. Neben der bereits bekannten Funktion von Rpgrip1l in der Regulation der proteasomalen Aktivität an der ziliären Basis, konnten mit Hilfe der vorliegenden Analysen zwei weitere Funktionen von Rpgrip1l aufgedeckt werden. So wird Autophagie unabhängig von der proteasomalen Aktivität positiv durch Rpgrip1l reguliert, indem Rpgrip1l die Aktivierung des Autophagie-Inhibitors mTorc1 verhindert. Folglich werden beide Hauptprozesse der zellulären Proteindegradation positiv von Rpgrip1l beeinflusst. Desweiteren zeigt sich übereinstimmend zu den in C. elegans gewonnenen Daten, dass Rpgrip1l in der TZ-Assemblierungshierarchie von Wirbeltieren eine übergeordnete Rolle spielt. Es stellt sich heraus, dass die TZ-Assemblierung in Vertebraten Zelltyp-spezifisch reguliert wird und eine Art Sicherheitsmechanismus besteht, bei dem die Integrität der TZ-Proteine nicht nur durch Rpgrip1l allein, sondern durch ein Zusammenspiel von Rpgrip1l mit seinem Wirbeltier-spezifischen Homolog Rpgrip1 sichergestellt wird. Somit scheint die TZ-Assemblierung in Wirbeltieren auf komplexeren Mechanismen zu beruhen als die TZ-Assemblierung in wirbellosen Tieren. Neben den drei Hauptfunktionen von Rpgrip1l in der Entwicklung von Wirbeltieren, beschreibt die vorliegende Arbeit die Verbindung zwischen dem zilienassoziierten Hedgehog (Hh)-Signalweg und dem ziliären Proteasom, welches durch Rpgrip1l reguliert wird. Außerdem wird die Entstehung ventrikulärer Septendefekte (VSDs), die häufig als Symptom verschiedener Ziliopathien auftreten, als Folge einer gestörten Hh-Signalgebung erläutert. Abschließend wird diskutiert, dass Rpgrip1l neben den essentiellen Funktionen in der Entwicklung eines Organismus auch wichtige Funktionen innerhalb der Homöostase übernimmt. So gilt Rpgrip1l als Tumor-Suppressor, ist an der Zell-Migration und Proliferation beteiligt und in die Gewichtsregulation eines Organismus involviert. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass Rpgrip1l diese Prozesse durch das Proteasom und/oder die Autophagie reguliert. Falls einzelne Symptome oder gesamte Ziliopathie-Syndrome ebenfalls auf Störungen der hier aufgedeckten Funktionen von Rpgrip1l zurückgeführt werden können, würde die Aktivierung der proteasomalen und autophagischen Aktivität einen vielversprechenden Therapieansatz für Ziliopathie-Patienten darstellen. Primary cilia are highly conserved organelles that project from the surface of nearly every eukaryotic cell. They exert sensory functions and thereby play an essential role in embryonic development and adult tissue homeostasis. Disruption of ciliary functions leads to numerous severe human diseases summarised as ciliopathies. Until now, a curative medication against ciliopathies or ciliopathy-related defects is unknown. Therefore, a lot of effort is put into decoding the molecular mechanisms underlying the development of ciliopathies. The transition zone (TZ) is a subcompartment at the base of cilia and controls the ciliary import and export of proteins. Since many ciliopathies are based on mutations in genes encoding TZ proteins, a special focus is drawn on the functions of these proteins. In this regard Rpgrip1l seems to be of particularly importance for the functionality of the TZ. Patients which suffer from mutations in RPGRIP1L develop severe ciliopathies like the Joubert syndrome or the Meckel Gruber syndrome. To elucidate possible therapy strategies against ciliopathies additional functions of Rpgrip1l were examined in this work. On that account, different cell types like mouse embryonic fibroblasts (MEFs), immortalised mouse embryonic fibroblasts (NIH3T3), mouse embryonic limb buds, several mouse embryonic organs and human embryonic kidney cells (HEK293) were used. Apart from the already known regulation of proteasomal activity at the ciliary base via Rpgrip1l, our data reveal two more functions of Rpgrip1l. Rpgrip1l positively regulates autophagic activity independently of proteasomal acitvity via Akt signaling and downregulation of mTorc1. Thus, the two main protein degradation systems in vertebrates are positively regulated by Rpgrip1l. Consistent with data obtained from C. elegans, Rpgrip1l plays a key role in vertebrate TZ assembly. In addition, our analyses demonstrate more complex TZ assembly mechanisms in vertebrates than in invertebrates. We describe a cell type-specific regulation whereby Rpgrip1l and its vertebrate specific homolog Rpgrip1 synergistically ensure the TZ protein composition in several vertebrate cell types. Beside these functions of Rpgrip1l in embryonic development, a regulation of Hh signaling via the cilia regulated proteasome and the development of ventricular septal defects (VSDs) due to a disrupted Hh signaling were described. Furthermore, we discussed functions of Rpgrip1l in tissue homeostasis. Rpgrip1l is suggested to function as a tumor suppressor as well as a regulator of weight homeostasis, cell migration and cell proliferation. Interestingly these functions might be related to proteasomal and autophagic activity. If symptoms of ciliopathies are also caused by functional defects of these protein degradation processes, an activation of proteasomal activity and autophagic activity might be a promising therapeutic approach.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Entwicklungs- und Molekularbiologie der Tiere
Dokument erstellt am:	08.01.2019
Dateien geändert am:	08.01.2019
Promotionsantrag am:	11.09.2018
Datum der Promotion:	20.11.2018