Die LDL Rezeptor Familie und Signaltransduktion

Forschungsprojekt P 13931Die LDL Rezeptor Familie und SignaltransduktionJohannes NIPMF11.10.1999 Die Low-density-lipoprotein (LDL) Rezeptor Genfamilie umfaßt mehrere Membranproteine, die aus homologen Elementen zusammengesetzt sind. Die am besten charakterisierte Funktion dieser Rezeptoren ist die Bindung und Internalisierung extrazellulärer Liganden. Das bekannteste dieser Systeme ist die Aufnahme cholesterinreicher Lipoproteine in die Zelle durch den LDL Rezeptor. Dadurch werden Körperzellen mit Cholesterin, das aus der Leber stammt versorgt und der Cholesterinspiegel im Blut reguliert. Bei Dysfunktion des LDL Rezeptors kommt es zu einer dramatischen Erhöhung des Cholesterinspiegels im Blut mit darauffolgender Atherosklerose, die in fortgeschrittenem Stadium zum Herzinfarkt oder Hirnschlag führt. Andere Mitglieder dieser Rezeptorfamilie wie LRP, VLDL Rezeptor oder Megalin sind entweder ebenfalls am Fettstoffwechsel beteiligt oder bewirken durch ihr breites Ligandenspektrum die Entfernung einer Vielzahl von verschiedenen Substanzen aus dem Blut oder Primärharn. Vor ungefähr zwei Jahren ist in unserem. Labor ein neues Mitglied (LR7/8B) dieser Rezeptorfamilie, das vorwiegend im Hirn exprimiert ist, entdeckt worden. LR7/8B bindet alpha2Makroglobulin und könnte an der Entfernung von Proteinasekomplexen aus der Zerebrospinalflüssigkeit beteiligt sein. Vor kurzem ist es uns gelungen zwei neuartige Proteine aus dem Zytoplasma zu charakterisieren, die mit dem intrazelluären Teil von LR7/8B wechselwirken. Eines davon ist homolog zu JIP-1, einem Protein das an der Signalübertragung über den JNK-Weg beteiligt ist. Das zweite Protein hat eine Ähnlichkeit mit Sorting-Nexin-1 und ist höchstwahrscheinlich an der Regulation der Expression der Rezeptoren beteiligt. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, daß die Funktion der LDL Rezeptor Familie nicht auf die Endozytose von Liganden beschränkt ist, sondern, daß diese Rezeptoren auch bei der Signaltransduktion und dem intrazellulären Sorting von Proteinen eine Rolle spielen. Das Ziel des hier vorgelegten Projektes ist es, diese beiden Proteine auf molekularer Ebene zu charakterisieren und die Funktion aufzuklären. Wir erwarten uns, daß Ergebnisse dieser Arbeiten zu einem völlig neuen Verständnis der Funktion der Mitglieder der LDL Reptorfamilie führen werden.

Die LDL Rezeptorfamilie umfasst mehrere ähnliche Membranproteine die die Endozytose von Makromolekülen bewirken. Kurz bevor dieses Projekt vormuliert worden ist, stellte sich heraus, dass einige Mitglieder dieser Proteinfamilie, nämlich ApoER2 und VLDL Rezeptor auch andere Funktionen haben. Diese Rezeptoren binden Reelin und sind somit die zentrale Schaltstelle für eine Signalkette, die die korrekte Positionierung von Neuronen während der embryonalen Hirnentwicklung sicherstellt. Diese bahnbrechenden Befunde, an denen auch mein Labor beteiligt war, zeigten, dass diese Rezeptoren an der Schnittstelle von zwei unabhängigen zellulären Maschinerien, nämlich der Endozytose und der Signaltransduktion sitzen. Um die molekularen Mechanismen, die diesen beiden Funktionen zu Grunde liegen, besser zu verstehen, haben wir begonnen intrazelluläre Adaptermoleküle zu suchen. Es gelang uns eine Liste von Kandidatenproteinen zu definieren. In weiterer Folge konzentrierten wir uns auf die Charakterisierung von JNK-interacting protein (JIP) und SNX17, einem neuartiges Protein der SNX-Familie. Unsere Experimente zeigten, dass JIP tatsächlich an ApoER2 bindet und höchstwahrscheinlich den Reelin-Signalweg und den JNK-Signalweg miteinander verbindet. SNX17 hingegen, bindet an alle Rezeptoren der LDL Rezeptorfamilie und beschleunigt die Endozytose von Liganden. Ausserdem ist es uns gelungen, grundlegende Mechanismen der Reelin-Signaltransduktion aufzuklären. ApoER2 wird in verschiedenen Varianten von Neuronen gemacht. Eine dieser Varianten wird proteolytisch prozessiert und der daraus resultierende lösliche Rezeptor inhibiert das Reelin-Signal. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass die Phosphorylierung von Dab1, der erste intrazelluläre Schritt des Reelin-Signalweges, keine Co-Rezeptoren benötigt, sondern durch Rezeptor-Clustering induziert wird. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Resultate aus diesem Projekt grundlegende Mechanismen des Reelin-Signalweges aufgeklärt haben und somit einen entscheidenden Beitrag zum Verständinis der embryonalen Hirnentwicklung geliefert haben.