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Organ- und Gewebelokalisation von P30, einem Protein aus der Gruppe der Strukturproteine

Organic- and tissue -localisation of P30, a protein from the structure protein family

Schulte-Kreutz, Thomas


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Freie Schlagwörter (Deutsch): P30 , Strukturprotein , Kernmembran
Freie Schlagwörter (Englisch): P30 , syne-1 , myne-1 , structure protein , nuclear envelope protein
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Anatomie und Zellbiologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 10.06.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 23.06.2008
Kurzfassung auf Deutsch: Protein 30 (P30), ein noch nicht lange identifiziertes Protein mit einem Molekulargewicht von 58.4 kDa ist zuerst aus menschlichem Gehirngewebe isoliert worden. Dieses Protein, das multiple Spectrin-Wiederholungen und eine amino-terminale Aktinbindungsstelle enthält, ist auch bekannt als Syne-1, Nesprin, Myne, Enaptin, MSP-300 oder Ank-1 und kann in Strukturen gefunden werden, die reich an F-Aktin sind, besonders in Strukturen, die kontraktile Funktionen haben oder eine Rolle im intrazellulären Stofftransport und der cytoskeletalen Integrität spielen. P30 ist ein schwer lösliches cytoskeletales Strukturprotein, das in der Lage ist, an die Kernmembran, das endoplasmatische Reticulum und den Golgi Apparat zu binden. Es hat die Funktion eine Strukturverbindung zu Anteilen des rER und zum Golgi Apparat herzustellen und zeigt verschiedene Wechselwirkungen mit Aktinfilamenten. Außerdem wurde für P30 gezeigt, daß es durch src-Kinasen tyrosin-phosphoryliert werden kann und mit der T-Zell PTP interagiert. Obwohl P30 biochemisch gut charakterisiert wurde, ist bisher nicht viel über sein organ- und gewebespezifisches Vorkommen bekannt. Deshalb wurde die Expression von P30 durch die Immuncytochemie, die Elektronenmikroskopie und das Westernblotting auf sein Vorkommen in Organen der Ratte, Maus, Kaninchen und Menschen sowie in Zellkulturen untersucht. Das Verhalten von P30 während der Embryogenese wurde anhand von Mausembryonen studiert. P30 wurde in Geweben gefunden, die reich an F-actin sind. Das Sarkolemm und die Kernmembran aller verschiedenen Faser-Typen des Skelettmuskels waren P30 positiv. Die Faser-Typ-Transformation durch die elektrische Stimulation führte zu einer Zunahme der P30 Expression. Im Gegensatz dazu zeigten embryonale Muskeln und diejenigen von hypothyreoten Tieren ein deutlich niedrigeres Vorkommen von P30. Im Herzmuskel der Ratte zeigte P30 eine identische Lokalisierung wie im Skelettmuskel. Glatte Muskelzellen von Gefäßen (venös und arteriell) sowie im Bronchus exprimierten P30 innerhalb ihres Zytoplasmas. In allen untersuchten Organen, Endothelzellen von venösen sowie arteriellen Gefäßen wurde P30 exprimiert; außerdem waren arterielle und venöse Myocyten ebenfalls P30 positiv. Im peripheren Nervensystem wurde P30 in Ganglienzellen des Ganglion trigeminale und im Axoplasma des peripheren Nerven gefunden. Im Auge wurde das Protein in Ganglienzellen und den versorgenden Gefäßen der Netzhaut, sowie im Hornhautepithel exprimiert. In der Epidermis wurde P30 in allen verschiedenen Schichten und ebenso im respiratorischen Epithel, sowie in den kinozilientragenden Zellen des Ependyms gefunden. Der weibliche Eileiter zeigte eine positive Reaktion im apikalen Zellpol, in dem die Kinetosomen lokalisiert sind. In der Niere konnte das P30 Protein im visceralen und parietalen Blatt der Bowman Kapsel und im Vas afferens nachgewiesen werden. Die Nebenniere exprimierte P30 in ihrer Kapsel und im Sinusystem des Kortex. Außerdem fand sich P30 in den Ganglienzellen und den chromaffinen Zellen des Nebennierenmarks, sowie in dessen Sinusendothel. P30 wurde in allen weiblichen Fortpflanzungsorganen gefunden. Im Ovar wurde es in Serosa, Stroma und der Oocyte des Tertiärfollikels exprimiert. Der Eileiter zeigte das Protein in Serosa, Stroma und isolierten Teile des Flimmerepithels. Myoepithelzellen der laktierenden Mamma waren ebenfalls P30 positiv. In der Placenta der Ratte wurde P30 im Epithel der Lakunen nachgewiesen und die Gebärmutter zeigte in ihren Myocyten eine identische P30 Reaktion wie die beschriebene glatte Muskulatur. In der Akrosomenbildung befindliche frühe Spermatiden des Keimepithels im Rattenhoden exprimierten P30 ausschließlich in der Kappe, wobei diese im reifen Spermatozoon reaktionslos war. In der Bauchspeicheldrüse wurde P30 im apikalen Zellpol der Azinuszellen gefunden und in der Milz zeigte das Endothel des sinusuidalen Systems eine positive P30 Reaktion. Fibrocyten, Keratinocyten, Glucagonzellen und NS20Y Krebszellen weisen ebenfalls eine positive Reaktion mit P30 innerhalb ihres Zytoplasmas auf, assoziiert mit dem rER und dem Golgi Apparat. P30 wurde auch in non-Parenchymzellen der Leber, in verschiedenen Zellen des Großhirnes und des Kleinhirns, sowie in Leukozyten des peripheren Blutes nachgewiesen. Zusammengefaßt kann P30 eine wichtige Rolle in der intrazellulären Kommunikationen zwischen verschiedenen Zellorganellen und Proteinen während der Organisation des Cytoskelettes und dem Materialtransport zugeordnet werden. Das Protein wurde in Zellen und Geweben gefunden, die reich an Aktin, besonders an F-Aktin sind. In Muskelzellen und Zellen, die kontraktile Elemente enthalten, nimmt P30 die Funktion des Reglers zwischen den miteinander interagierenden Proteinen ein. Die Wichtigkeit dieser Ergebnisse wird zusätzlich durch die Tatsache unterstrichen, dass nesprin-1 (P30) mit emerin interagiert, bei dem es sich um ein Protein der Kernmembran handelt. Funktionsstörungen auf dieser Ebene können dementsprechend zu einer großen Anzahl von menschlichen Syndromen, den Laminopathien führen. Diese Arten von Erbkrankheiten verursachen Missbildungen in vielen verschiedenen Organen und Geweben.
Kurzfassung auf Englisch: Protein 30 (P30), a recently identified protein with a molecular weight of 58.4 kDa has been first isolated from human brain tissue. This protein, which contains multiple spectrin repeats and an amino-terminal actin binding site, is also known as Syne-1, Nesprin, Myne, Enaptin, MSP-300 or Ank-1 and can be found in structures which are rich in F-actin, especially in structures that have contractile functions or play a role in intracellular transportation and cytosceletal integrity. P30 is a detergent-resistant cytoskeletal structure protein, that has the ability to bind to the nuclear envelope, the endoplasmatic reticulum and the Golgi apparatus. It holds the function as a structural link for tER sites and the Golgi apparatus and shows different interactions with actin filaments. Furthermore, P30 was identified to be tyrosine-phosphorylated by src-kinases and also interacts with the TcellPTP. Although P30 is biochemically quite nicely characterized, not much is known so far about its tissue- and organspecific distribution. Therefore, the expression of P30 was investigated by immunocytochemical staining, electronic microscopy and western blotting for its occurrence in organs of adult rat, mouse, guinea pig and human as well as in cell cultures. The expression of P30 during developmental process was studied by means of mouse embryos. P30 was found in tissues which are rich in F-actin. The sarkolemma and nuclear membrane of all different fiber types of skeletal muscle were P30 positive. Fiber type transformation by electrical stimulation led to an increase in staining-intensity. In contrast, embryonic muscles and those of hypothyroid animals showed a markedly lower expression of P30. In the heart muscle of the rat, P30 showed an identical localization as in the skeletal muscle. Smooth muscle cells of vessels and bronchus also expressed P30 inside of their cytoplasm. In all investigated organs, endothelial cells of venous as well as arterial vessels expressed P30; furthermore arterial and venous myocytes were also positive for P30 protein. In the peripheral nervous system P30 was found in ganglion cells of the trigeminal ganglion and also in the axoplasma of peripheral nerves. In the eye the protein is expressed in ganglion cells and the supplying vessels of the retina and in the corneal epithelium. In the skin P30 was found in all different layers and the respiratory epithelium as well as ciliated cells of the ependyma and the uterine tube showed a positive reaction in the apical cell pole, where the kinetosomes are localized. In the kidney the P30 Protein could be detected in both parts of the Bowman capsula and the Vas afferens. The adrenal gland expressed P30 in the capsula in sinusoidal system of the cortex and in the sinus, ganglion cells and chromaffin cells of the medulla. P30 was detected in all female reproductive organs. In the ovar it was expressed in serosa, stroma and oocyte of the tertiary follicle. The uterine tube showed the protein in serosa, stroma and isolated parts of the ciliated epithelium. Myoepithelial cells of lactating mammary gland were also P30-positive. In the rat placenta P30 was detected in epithelium of the lacunae and the uterus myocytes show an identical P30 reaction as the described smooth muscles. Acrosome-phase primary spermatides of seminiferous epithelium expressed P30 exclusively in the cap of early spermatids, whereas the acrosomal cap in the spermatozoon is no more P30 positive. In the pancreas P30 was found in the apical cell pole of the acinus cells and in spleen the endothelial sinusoidal system in P30 positive Fibrocytes, ceratinocytes, glucagon cells and NS20Y cancer cells also show a positive reaction with P30 inside of their cytoplasm, associated with rER and the golgi apparatus. P30 was also detected in non-parenchyma cells of the liver, cerebrum and cerebellum, as well as in leukocytes of peripheral blood. In conclusion, P30 plays an important role in intracellular communications between different cell organelles and proteins during organisation of the cytosceleton and material transport. The protein was found in cells and tissues, which are rich in actin, especially F-actin. In muscle cells and cells containing contractile elements, P30 takes the function of the regulator between the interacting proteins.

The importance of this study is further underlined by the fact that nesprin-1 (P30) interacts with emerin, which is a protein of the nuclear membrane. It´s dysfunctions may contribute to a broad range of human syndromes, the laminopathies. These kinds of hereditary diseases cause malformation of many different organs and tissues.