Das neuronale Scaffold-Protein Shank3 vermittelt Signaltransduktion und biologische Funktionen der Rezeptor-Tyrosinkinase Ret in Epithelzellen

Abstract

Shank-Proteine, in der Literatur auch als ProSAP-Proteine beschrieben, sind große, zy-toplasmatische "Scaffold"-Adaptoren. Sie integrieren Neurotransmitter-Rezeptoren an den so genannten "post synaptic densities" in das kortikale Zytoskelett, womit sie möglicher Weise die Grundlage für funktionelle hochmolekulare Proteinkomplexe bilden. Die hier vorgelegte Arbeit zeigt nun, dass Shank-Proteine eine Funktion in der Signaltransduktion unterhalb von Rezeptor-Tyrosinkinasen besitzen: Die PDZ-Proteine der Shank- Familie repräsentieren neue Interaktionspartner der Rezeptor-Tyrosinkinase Ret, wobei Shank2 und Shank3 über ihre PDZ-Domäne spezifisch an den C-Terminus der Ret-Isoform Ret9, nicht aber an die Ret51-Isoform binden. Diese Interaktion konnte sowohl in neuronalen Zellen, als auch in nicht-neuronalem Gewebe bestätigt werden. Weiterhin zeigt diese Arbeit, dass Ret9, nicht aber Ret51, epitheliale Zellen in einem dreidimensionalen Zellkul-tursystem in Abhängigkeit von Shank3 zur Ausbildung verzweigter, tubulärer Strukturen anregen kann, was zuvor gewonnene Ergebnisse, nach denen Ret9, nicht aber Ret51, für die Entwicklung der tubulären Strukturen in der Niere essentiell ist, untermauert. Shank-Proteine ermöglichen die anhaltende Aktivierung des Erk-MAPK- und des PI3K-Signalweges, die beide essentiell für die Ausbildung von epithelialen Tubuli sind. Diese Funktion wird durch die Interaktion von Shank3 mit dem Adaptorprotein Grb2 vermittelt. Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse, dass das Scaffold-Adaptor-Protein Shank3 die zelluläre Signalweiterleitung von Ret9 außerhalb des neuronalen Systems aktiv und spezifisch beeinflussen kann. Aus der spezifischen Modulation des Ret9-Signals durch Shank3 resultiert ein molekularer Mechanismus, der die funktionelle Divergenz zwischen den beiden Ret-Isoformen Ret9 und Ret51 in der Nierenentwicklung erklären kann.

Shank proteins, initially also described as ProSAP proteins, are scaffolding adaptors that have previously been shown to integrate neurotransmitter receptors into the cortical cytoskeleton at post-synaptic densities. We show here that Shank proteins are also crucial in receptor tyrosine kinase signaling. The PDZ-domain containing Shank3 protein was found to represent novel interaction partner of the receptor tyrosine kinase Ret, which binds specifically to a PDZ-binding motif present in the Ret9 but not in the Ret51 isoform. Furthermore, we show that Ret9 but not Ret51 induces epithelial cells to form branched tubular structures in threedimensional cultures in a Shank3-dependent manner. Ret9 but not Ret51 has previously been shown to be required for kidney development. Shank3 protein mediates sustained Erk/MAPK and PI3K signaling, which is crucial for tubule formation, through recruitment of the adaptor protein Grb2. These results demonstrate that the Shank3 adaptor protein can mediate cellular signaling, and provide a molecular mechanism for the biological divergence between the Ret9 and Ret51 isoform.