Charakterisierung des Cohen-Syndrom-assoziierten Proteins Coh1 während der Neurogenese im Cortex cerebri der Maus

Abstract

Eine gestörte Neurogenese kann zu tiefgreifenden Entwicklungsstörungen des Gehirns führen und damit einhergehend schwerwiegende neurologische Symptome verursachen. Für Patienten mit Cohen-Syndrom sind postnatale Mikrozephalie und mentale Retardierung besonders prägnante klinische Merkmale. Das Cohen-Syndrom ist eine autosomal rezessiv vererbte Erkrankung und wird durch Mutationen im Gen COH1 (VPS13B) verursacht. Das kodierte COH1-Protein ist ein peripheres Membranprotein, welches wahrscheinlich als Gerüstprotein an der zytoplasmatischen Golgi-Membran fungiert. Der Verlust von COH1 in Patienten-Fibroblasten und in siRNA-behandelten HeLa-Zellkulturen führt zu einer Fragmentierung des Golgi-ribbon in vereinzelte Stapel. Expressionsanalysen zeigten eine gleichmäßige Verteilung von COH1 in verschiedenen Geweben. Mittels in situ-Hybridisierung an Gehirnschnitten wurde für murines Coh1 eine spezifische Expression in kortikalen Neuronen der Schichten II-VI beobachtet. Dies lässt neben den klinischen Merkmalen der Patienten mit Cohen-Syndrom eine Rolle von COH1 während der Entwicklung des Cortex cerebri vermuten. Diese Arbeit untersucht die zellbiologischen und molekularen Funktionen von Coh1 in neuronalen Zellen mit besonderem Fokus auf das Mikrotubuli-Netzwerk. Aufgrund des Fehlens eines Tiermodells für den Verlust von Coh1 wurde hier die Methodik der in utero-Elektroporation angewendet und eine shRNA etabliert, welche einen partiellen Coh1 knock down in Neuronen des Cortex cerebri von Mäusen erzielt. Für die immunzytochemische und proteinbiochemische Detektion von murinem Coh1 wurde ein eigener Antikörper etabliert. Die Integrität des Golgi-Komplexes wird durch zisternal und lateral angelagerte Strukturproteine und durch seine Verankerung am Zytoskelett reguliert. Neben der Fragmentierung und Fehlorientierung des Golgi-Komplexes wurde hier in primären kortikalen Neuronenkulturen der Maus eine vermehrte Stabilisierung und eine reduzierte Dynamik der Mikrotubuli nach Coh1 knock down gefunden. In vitro-Experimente an HeLa-Zellen zeigten darüber hinaus einen Verlust von Golgi-assoziierter Mikrotubuli-Nukleation. Da Neuronen einer besonderen Polarisierung bedürfen, gehen diese Ergebnisse einher mit einem reduzierten Auswachsen des längsten Neuriten in kortikalen Neuronen in vitro und einer veränderten kortikalen Neuronenmigration in vivo nach shRNA-vermitteltem Coh1 knock down. Nach COH1-spezifischer GFP-trap-Ko-Immunpräzipitation identifizierte eine initiale Massenspektrometrie für COH1 eine molekulare Verbindung zu Mikrotubuli-assoziierten Transportvorgängen. Dabei konnte KIF1C, ein Minuspol-gerichtetes Mikrotubuli-assoziiertes Motorprotein als möglicher Interaktionspartner von COH1 identifiziert werden. KIF1C interagiert ebenfalls mit dem bereits bekannten COH1-Interaktionspartner RAB6 und ist für die Integrität des Golgi-Komplexes verantwortlich. Die molekulare Charakterisierung eines Zusammenhangs von Mikrotubuli-Organisation, Golgi-Funktion und COH1 wird weitere Einblicke in den Pathomechanismus des Cohen-Syndroms bereitstellen. Darüber hinaus wird die Generierung eines genetisch determinierten Coh1 knock out-Modells zum besseren Verständnis der neuronalen Entwicklung beitragen.