Human plasticity-related gene 2 (PRG2) encodes a 718 amino acid (aa) long, 76 kDa molecular weight amphipathic integral membrane protein with six hydrophobic transmembrane (TM) spanning helices and 440 aa long hydrophilic intracellular domain (C-domain) with unknown function.
PRG2 protein is a member of the lipid phosphate phosphatase (LPP) family, which is thought to regulate bioactive lipid mediators. To date, five members have been identified (PRG1-PRG5). PRG2 shows a close homology to PRG1 with 49% amino acid identity and 63% similarity. Similar to PRG1, PRG2 contains a long hydrophilic C-terminal cytoplasmic extension; however, PRG2 contains an unusual accumulation of 20 glutamic acid residues (‘poly-E-box’) within the cytoplasmic C-domain.
It has been shown that PRG2 expression in the rodent brain is associated with a time window spanning from late prenatal to early postnatal stages, which are characterized by complex maturation of neuronal morphology. Silencing PRG2 expression with short hairpin RNA (shRNA) reduces the number of filopodia branches along the axon in primary cortical neurons, whilst overexpression of PRG2 in N1E-115 mouse neuroblastoma cell line and primary cortical neurons induce the number of filopodial membrane protrusions.
It was further shown that PRG2 spatially and temporally inhibits Phosphatase and tensin homolog (PTEN) activity by direct interaction with PTEN, and/ or binding to phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate (PI(3,4,5)P3) in the inner leaflet of the plasma membrane, therefore restricting the availability/accessibility of PTEN to its substrate, leading to local nanodomains of PI(3,4,5)P3 accumulations along the axonal the plasma membrane.
In summary, my data demonstrate that the intracellular domain of PRG2 directly interacts with PTEN and phosphoinositides (PIPs). We further identified that the poly-E box is required for PRG2-PTEN and PIPs binding. Also, biochemical data revealed the self-association ability of PRG2 as well as the possibility to form higher-order multimers with itself or other PRG family members. Another novel finding of this thesis is that PRG2 C-domain alone is sufficient for PRG2 homomultimerization.
Human plasticity-related gene 2 (PRG2) codiert für ein amphipathisches integrales Membranprotein, welches aus 718 Aminosäuren besteht und ein Molekulargewicht von 76 kDa aufweist. Das PRG2-Protein ist aus sechs hydrophoben Transmembranhelizes (TM) und einer hydrophilen intrazellulären C-Domäne aufgebaut, welche aus 440 Aminosäuren besteht und deren Funktion unbekannt ist.
Das PRG2-Protein gehört zur Familie der Lipidphosphat-Phosphatasen (LPP), von welcher angenommen wird, dass sie bioaktive Lipidmediatoren reguliert. Bis heute wurden fünf Mitglieder identifiziert (PRG1–PRG5). PRG1 und PRG2 weisen mit 49 % identischen Aminosäuren und einer Sequenzähnlichkeit von 63 % eine hohe Homologie auf. Ähnlich wie PRG1 verfügt PRG2 über eine lange intrazelluläre Domäne am C-Terminus, wobei in der C-Domäne von PRG2 eine ungewöhnliche Häufung von 20 Glutaminsäureresten auftritt, die als Poly-E-Box bezeichnet wird.
Es wurde gezeigt, dass die Expression von PRG2 im Nagetierhirn im Zeitraum später pränataler bis früher postnataler Entwicklungsstufen stattfindet, welche durch komplexe Reifungsprozesse der neuronalen Morphologie gekennzeichnet sind. Während die Repression der Expression von PRG2 mit shRNA (short hairpin RNA, kurze Haarnadel-RNA) die Anzahl an Filopodienzweigen entlang des Axons in primären kortikalen Neuronen reduziert, wird durch Überexprimierung von PRG2 sowohl in der N1E-115-Maus-Neuroblastom-Zelllinie als auch in primären kortikalen Neuronen die Anzahl an Ausstülpungen in der Filopodienmembran erhöht.
Außerdem konnte gezeigt werden, dass das PRG2-Protein die Aktivität des Enzyms PTEN (Phosphatase and tensin homolog) räumlich und zeitlich durch eine direkte Interaktion mit PTEN und/ oder die Bindung von Phosphatidylinositol(3,4,5)-triphosphat (PI(3,4,5)P3) an der Innenseite der Zellmembran inhibiert und dadurch die Verfügbarkeit bzw. Zugänglichkeit von PTEN für sein Substrat verhindert; in der Folge dieser Inhibierung entstehen lokale Nanodomänen von akkumuliertem PI(3,4,5)P3 entlang der Axonmembran.
Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, dass die intrazelluläre Domäne von PRG2 direkt mit PTEN und Phosphoinositiden (PIP) interagiert. Außerdem geht aus den Daten hervor, dass die Poly-E-Box für die Bildung des PRG2-PTEN-Komplexes sowie die PIP-Bindung erforderlich ist. Zusätzlich zeigen biochemische Daten, dass PRG2 über die Fähigkeit der Selbstassoziation verfügt sowie über die Möglichkeit der Ausbildung von Multimeren höherer Ordnung sowohl mit sich selbst als auch mit anderen Mitgliedern der PRG-Familie. Eine weitere neue Erkenntnis dieser Arbeit besteht darin, dass die C-Domäne des PRG2-Proteins alleine für eine Homomultimerbildung ausreicht.
