Untersuchungen zur Rolle von Fox-2 in den Spinozerebellären Ataxien Typ 2 und Typ 1

Abstract

Die Spinozerebelläre Ataxie Typ 2 (SCA2) gehört zu den Polyglutamin- Erkrankungen und wird durch eine exonische CAG-Expansion im SCA2-Gen verursacht. Die Funktion des SCA2-Genprodukts Ataxin-2 ist bis dato noch nicht vollständig verstanden. Aufgrund bisheriger Daten scheint Ataxin-2 jedoch in der Endozytose und in RNA-Prozessen eine Rolle zu spielen und ist zudem eine Komponente der cytoplasmatischen „Stress Granules“, die an der translationellen Repression unter Stress-Bedingungen beteiligt sind. Ziel dieser Arbeit war es, die putative Interaktion von Ataxin-2 mit dem neuronalen Spleiß-Faktor Fox-2 zu untersuchen. Nach der erfolgten Validierung dieser Interaktion wurde diese eingehender charakterisiert. Dabei konnte festgestellt werden, dass Fox-2 eine Komponente der „Stress Granules“ ist. Bemerkenswerterweise führt die Überexpression einer nukleären Fox-2- Variante unter Stress-Bedingungen zu einer beeinträchtigten Bildung dieser Strukturen. Desweiteren konnte eine Veränderung der subzellulären Fox-2-Lokalisation bei der Überexpression von Ataxin-2 beobachtet werden. Unter diesen Bedingungen war Fox-2 vermehrt im Cytoplasma der Zellen nachzuweisen, was mit seiner Funktion als Spleiß-Regulator interferieren könnte; ein Aspekt der auch für die Pathogenese der SCA2 von Bedeutung sein könnte, da hier erhöhte Ataxin-2-Konzentrationen eine Rolle zu spielen scheinen. Zudem zeigte sich, dass die ATXN2-prä-mRNA zwei Fox-Bindemotive in der flankierenden Region von Exon 18 beinhaltet. Dabei konnte innerhalb dieser Arbeit demonstriert werden, dass Fox-2 an der Regulation des Spleißens von Exon 18 beteiligt ist. Ein weiterer Focus dieser Arbeit lag in der Validierung und Charakterisierung der Interaktion von Fox-2 und Ataxin-1, einem Polyglutaminprotein das für die Ausbildung der Spinozerebellären Ataxie Typ 1 verantwortlich ist. Dieser Aspekt ist von Interesse, da Ataxin-2 direkt mit Ataxin-1 interagiert und zudem einen modifizierenden Effekt auf die SCA1- Pathogenese besitzt. Die Interaktion zwischen Fox-2 und Ataxin-1 konnte validiert werden. Zudem stellte sich heraus, dass die Überexpression von Ataxin-1 in einer veränderten Lokalisation von Fox-2 resultierte. Bemerkenswerterweise führt diese Mislokalisation von Fox-2 zu einem veränderten Fox-2-abhängigen Spleißen des MAP3K7- und ATXN2-Transkripts. Somit besteht die Möglichkeit, dass eine veränderte Aktivität des neuronalen Spleiß-Regulators Fox-2 einen Einfluss auf die Pathogenese der SCA2 sowie der SCA1 besitzt.

Spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2) belongs to the family of polyglutamine disorders and is caused by an exonic CAG-expansion in the SCA2 gene. The cellular function of the SCA2 gene product ataxin-2 is not yet completely understood, but it is likely to play a role in endocytosis and RNA- processing. In addition, ataxin-2 is a component of cytoplasmatic stress granules, which are sites where untranslated mRNA ist stored during stress conditions. The aim of this work was to analyze the putative interaction of ataxin-2 with the neuronal splicing regulator Fox-2. In this work, the interaction of Fox-2 and ataxin-2 was validated and characterized. In this line, Fox-2 was identified as a novel component of the cytoplasmic stress granules. Notably, overexpression of a nuclear Fox-2 variant of affected the assembly of stress granules under stress conditions. Furthermore, an increased expression of ataxin-2, a condition existing in brain tissue of SCA2 patients, influenced the subcellular localization of Fox-2. Under these conditions, the cytoplasmic localization of Fox-2 was more evident. Thus, this aspect could have an impact on the SCA2 pathogenesis. Analysis of intronic sequences of the SCA2 gene revealed two FOX-2 binding motives in the flanking region of exon 18. In this line, it could be demonstrated that Fox-2 is indeed involved in the splicing regulation of exon 18. Another aspect of this work was to validate the predicted interaction between Fox-2 and ataxin-1, the disease- causing protein of the spinocerebellar ataxia type 1. This was of interest as a direct interaction between ataxin-2 and ataxin-1 was demonstrated. Additionally, ataxin-2 was found to be a modifier of SCA1 pathology. Moreover, overexpression of ataxin-1 causes an altered Fox-2 localization. Interestingly, this mislocalization led to a modified splicing of Fox-2 target mRNAs, namely MAP3K7 and ataxin-2. Therefore, an altered Fox-2 activity is likely to contribute to the pathogenesis of SCA2 as well as SCA1.