TY  - THES
A1  - Fischer, Matthias
T1  - Der Einfluß der Ribosomale S6 Kinase 2 (RSK2) auf das Neuriten- und Synapsenwachstum in vivo und in Zellkultur
T1  - Der Einfluß der Ribosomalen S6 Kinase 2 (RSK2) auf das Neuriten- und Synapsenwachstum in vivo und in Zellkultur
N2  - In dieser Arbeit sollte die Funktion der Ribosomalen S6 Kinase 2 (RSK2) auf neuronaler Ebene untersucht werden. Dahingehend gab es, z.B. auf Grund der Phänotypen von Fliegen und Mäusen mit Mutationen im entsprechenden Gen oder von Patienten mit Coffin-Lowry-Syndrom (CLS) nur Vermutungen. Es bestand letztlich die Hoffnung, einen Beitrag zur Aufklärung der Pathophysiologie des CLS zu leisten. Es stellte sich auf Grund von Experimenten sowohl in vivo als auch in vitro in verschiedenen Modellsystemen in dieser Arbeit heraus, daß RSK2 einen negativen Einfluß auf das Neuriten- und Synapsenwachstum hat. In kultivierten Motoneuronen führte der KO von RSK2 zu längeren Axonen und die Überexpression eines konstitutiv aktiven RSK2-Konstrukts zu kürzeren Axonen. In PC12-Zellen führte die Expression von konstitutiv aktiven RSK2 Konstrukten zur Verkürzung der Neuriten und die Expression eines Kinase-inaktiven RSK2 Konstrukts zu längeren Neuriten. In vivo war die neuromuskuläre Synapse bei RSK2-KO Mäusen vergrößert und hatte bei Drosophila rsk Mutanten mehr Boutons. Das RSK2-Protein ist in Motoneuronen der Maus und in überexprimierter Form in den Boutons der neuromuskulären Synapse bei Drosophila nachweisbar. Damit wurde zum ersten Mal die Funktion von RSK2 auf neuronaler Ebene beschrieben. Bezüglich des Mechanismus, wie RSK2 das Nervenwachstum beeinflußt gab es deutliche Hinweise, die dafür sprechen, daß RSK2 dies über eine in der Literatur schon häufiger beschriebene Hemmung der MAPK ERK1/2 erreicht. Für diese Hypothese spricht die Tatsache, daß die ERK-Phosphorylierung in murinen Motoneuronen und im Rückenmark embryonaler Mäuse der RSK2-Mutante erhöht ist und der Axonwachstumsdefekt durch eine Hemmung von MEK/ERK behoben werden kann. Auch ist die ERK-Phosphorylierung an der murinen Muskel-Endplatte in der Mutante erhöht. Zudem zeigen genetische Epistasis-Experimente in Drosophila, daß RSK die Bouton-Zahl über ERK/RL hemmt. RSK scheint also in Drosophila von der Funktion her der RSK2-Isoform in Wirbeltieren sehr ähnlich zu sein. Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist die Beobachtung, daß RSK2 bei Motoneuronen keinen wesentlichen Einfluß auf das Überleben der Zellen in Gegenwart neurotropher Faktoren hat. Möglicherweise spielen hier redundante Funktionen der RSK Familienmitglieder eine Rolle. Ein bislang unerklärter Befund ist die reduzierte Frequenz spontaner Depolarisationen bzw. damit einhergehender Ca2+ Einströme bei RSK2-KO Motoneuronen in Zellkultur. Die Häufigkeit und Dichte von Ca2+-Kanälen und aktive Zonen Proteinen war in Motoneuronen nicht von der Anwesenheit des RSK2-Proteins abhängig. Im Hippocampus konnte außerdem das RSK2-Protein präsynaptisch in den Moosfaser-Boutons der CA3 Region nachgewiesen werden. Es befindet sich auch in den Pyramidenzellen, aber nicht in den Pyramidenzell-Dendriten in CA3. Bezüglich der Bedeutung dieser Befunde für die Aufklärung der Pathologie des CLS ist zu folgern, daß der neuro-psychologische Phänotyp bei CLS Patienten wahrscheinlich nicht durch reduziertes Überleben von Neuronen, sondern eher durch disinhibiertes Axonwachstum oder Synapsenwachstum bedingt ist. Dies kann grob sowohl für die peripheren als auch die zentralen Defekte gelten, denn die Synapsen im ZNS und am Muskel sind in ihrer molekularen Ausstattung z.B. im Bereich der Vesikel, der aktiven Zonen oder der Transmitterausschüttung sehr ähnlich. Weiterhin könnte eine veränderte synaptische Plastizität u.a. an der Moosfaser-Pyramidenzell-Synapse in der CA3 Region des Hippocampus eine Rolle bei den kognitiven und mnestischen Einschränkungen der Patienten spielen. Die Entdeckung, daß aktiviertes ERK bei den beobachteten Effekten eine Rolle spielt kann für die Entwicklung von Therapiestrategien eine wertvolle Erkenntnis sein.
N2  - In this thesis the function of the Ribosomal S6 Kinase 2 (RSK2) on the neuronal level should be investigated. Due to the phenotypes of flies and mice with mutations in the respective gene or of Coffin-Lowry-Syndrome (CLS) patients there existed only rough speculations. An aim was to make a contribution to the elucidaton of the pathophysiology of the CLS. In this thesis it could be shown by experiments in vivo as well as in vitro in different model systems, that RSK2 has a negative influence on neurite- and synapse growth. In cultivated motoneurons the KO of RSK2 increased the length of axons and the overexpression of a constitutive acitve RSK2-construct reduced axon length. In PC12 cells expression of constitutive active RSK2-constructs reduced neurite-length and expression of a kinase-dead RSK2-construct increased neurite-length. In vivo the size of the neuromuscular synapse of RSK2-KO mice and the bouton number at the Drosophila neuromuscular junction was increased. The RSK2-Protein could be found in mouse motoneurons and, if overexpressed, in boutons at the Drosophila neuromuscular junction. These results show for the first time, which function RSK2 has on the neuronal level. With respect to the mechanism, how RSK2 influences neurite growth, there was evidence, that RSK2 does this by inhibition of the MAPK ERK1/2. The latter has been described in literature before. Arguments for this are the findings, that ERKphosphorylation in mouse motoneurons and in embryonal spinal cord of the RSK2 mouse mutant is increased and that the axon-growth defect can be rescued by inhibition of MEK/ERK. Besides this, ERK-phosphorylation at the neuosmuscular endplate of RSK2-KO mice is increased. Moreover, genetic epistasis experiments in Drosophila show, that RSK inhibits bouton numbers via ERK/RL. So, Drosophila RSK seems to resemble, according to its function, the vertebrate RSK2-isoform. A further important result is the observation, that RSK2 has no effect on survival of motoneurons in the presence of neurotrophic factors. Possibly redundant functions of RSK family members are responsible for this. A so far unexplained finding is the reduced frequency of spontaneous depolarisations with concomitant Ca2+ Influx in cultured RSK2-KO Motoneurons. The amount and density of Ca2+ channels and active zone proteins was not dependent on the presence of the RSK2-Protein in motoneurons. In the hippocampus the RSK2-Protein could be found presynaptically in mossy-fiber boutons in the CA3 region. Moreover, it is localized in pyramidal cells, but not in the pyramidal cell dendrites in the CA3 region. With respect to the impact of these findings on the understanding of the CLS pathology, it is, according to the results of this thesis, probably not caused by reduced survival of neurons, but by disinhibited axon and synapse growth. This may account roughly for peripheral as well as central defects, because synapses in the central nervous system and at the muscle are very similar with respect to the molecular organization for example of vesicles, the active zone or transmitter release. Furthermore, a change in synaptic plasticity for example at the mossy-fiber pyramidal cell synapse in the CA3 region of the hippocampus could lead to the cognitive and mnestic deficits in CLS patients. The finding that activated ERK plays a role in the observed effects can guide the way for new therapeutic strategies.
KW  - Ribosom
KW  - Kinasen
KW  - Axon
KW  - Wachstum
KW  - RSK2
KW  - Motoneuron
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48341
ER  - 
TY  - THES
A1  - Agarwal, Shruti
T1  - Functional characterization of four CDK-like kinases and one Calmodulin-dependent kinase of the human malaria parasite, Plasmodium falciparum
T1  - Funktionelle Charakterisierung von vier CDK-like kinasen und eine Calmodulin-dependent kinasen des human Malaria parasite, Plasmodium falciparum
N2  - Malaria still persists as one of the deadliest infectious disease in addition to AIDS and tuberculosis. lt is a leading cause of high mortality and morbidity rates in the developing world despite of groundbreaking research on global eradication of the disease initiated by WHO, about half a century ago. Lack of a commercially available vaccine and rapid spread of drug resistance have hampered the attempts of extinguishing malaria, which still leads to an annual death toll of about one million people. Resistance to anti-malarial compounds thus renders search for new target proteins imperative. The kinome of the human malaria parasite Plasmodium falciparum comprises representatives of most eukaryotic protein kinase groups, including kinases which regulate proliferation and differentiation processes. Several reports till date have suggested involvement of parasite kinases in the human host and as well as in the mosquito vector. Kinases essential for life cycle stages of the parasite represent promising targets for anti-malarial compounds thus, provoking characterization of additional malarial kinases. Despite extensive research on most plasmodial enzymes, very little information is available regarding the four identified members of the cyclin dependent kinase like kinase (CLK) family. Thus, the present thesis dealt with the functional characterization of four members of the PfCLK kinase family of the parasite denoted as PfCLK-1/Lammer, PfCLK-2, PfCLK-3 and PfCLK-4 with a special focus on the first two kinases. Additionally, one Ca2+/Calmodulin dependent putative kinase-related protein, PfPKRP, presumed to be involved in sexual stage development of the parasite, was investigated for its expression in the life cycle of the parasite. In other eukaryotes, CLK kinases regulate mRNA splicing through phosphorylation of Serine/Arginine-rich proteins. Transcription analysis revealed abundance of PfCLK kinase genes throughout the asexual blood stages and in gametocytes. By reverse genetics approach it was demonstrated that all four kinases are essential for completion of the asexual replication cycle of P. falciparum. PfCLK 1/Lammer possesses two nuclear localization signals and PfCLK-2 possesses one of these signals upstream of the C-terminal catalytic domains. Protein level expression and sub-cellular localization of the two kinases was determined by generation of antiserum directed against the kinase domains of the respective kinase. Indirect immunofluorescence, Western blot and electron microscopy data confirm that the kinases are primarily localized in the parasite nucleus, and in vitro assays show that both enzymes are associated with phosphorylation activity. Finally, mass spectrometric analysis of co immunoprecipitated proteins shows interactions of the two PfCLK kinases with proteins, which have putative nuclease, phosphatase or helicase functions. PfPKRP on the other hand is predominantly expressed during gametocyte differentiation as identified from transcriptional analysis. Antiserum directed against the catalytic domain of PfPKRP detected the protein expression profile in both asexual and gametocyte parasite lysates. Via immunofluorescence assay, the kinase was localized in the parasite cytoplasm in a punctuated manner, mostly in the gametocyte stages. Reverse genetics resulted in the generation of PfPKRP gene-disruptant parasites, thus demonstrating that unlike CLK kinases, PfPKRP is dispensable for asexual parasite survival and hence might have crucial role in sexual development of the parasite. On one hand, characterization of PfCLK kinases exemplified the kinases involved in parasite replication cycle. Successful gene-disruption and protein expression of PfPKRP kinase on the other hand, demonstrated a role of the kinase in sexual stage development of the parasite. Both kinase families therefore, represent potential candidates for anti-plasmodial compounds.
N2  - Malaria stellt neben AIDS und Tuberkulose weiterhin eine der bedeutendsten Infektionskrankheiten dar. Trotz intensiver, auf die Auslöschung der Krankheit abzielender Forschung, welche vor etwa 50 Jahren durch die Weltgesundheitsorganisation initiiert wurde, bleibt Malaria einer der Hauptgründe für hohe Mortalität und Morbidität in Entwicklungsländern. Das Fehlen eines Impfstoffes und die schnelle Ausbreitung von Resistenzen erschweren die Versuche, Malaria zu eliminieren, welche jährlich weiterhin eine Todesrate von einer Millionen Menschen aufweist. Aufgrund der Zunahme an Resistenzen ist die Suche nach neuen Angriffspunkten für Antimalariamedikamente zwingend erforderlich. Das Kinom des humanpathogen Parasiten Plasmodium falciparum besteht aus Vertretern der meisten eukaryotischen Proteinkinasegruppen, einschließlich einiger Kinasen, welche Proliferations- und Differenzierungsprozesse regulieren. Verschiedenen Berichten zufolge ist eine Rolle von Parasitenkinasen sowohl im menschlichen Wirt als auch in der die Krankenheit übertragende Mücke denkbar. Kinasen, welche für verschiedene Parasitenstadien essentiell sind, stellen viel versprechende Angriffspunkte für Malariamedikamente dar. Dies bestätigt die Bedeutung der Erforschung von weiteren, bisher uncharakterisierten Kinasen. Trotz extensiver Forschungsarbeit an den meisten Enzymen des Parasiten ist bisher sehr wenig über die vier identifizierten Mitglieder der Proteinfamilie Zyklin-abhängige Kinase-ähnlicher Kinasen (cyclin-dependent kinase like kinases, CLK) bekannt. Aufgrund dessen war die Charakterisierung der vier Mitglieder der PfCLK Kinasefamilie, PfCLK-1/PfLAMMER, PfCLK-2, PfCLK-3 und PfCLK-4 Bestandteil dieser Arbeit. Der Forschungsschwerpunkt lag hierbei auf den beiden erstgenannten Kinasen. Zusätzlich wurde die stadienspezifische Expression von PfPKRP, einer Kinase, welche vermutlich in der Entwicklung der Sexualstadien des Parasiten beteiligt ist, untersucht. In anderen Eukaryoten regulieren die CLK kinases das Spleißen von mRNA durch die Phosphorylierung von Serin-/Arginin-reichen Proteinen. Untersuchungen hinsichtlich der Expression der CLK kinase zeigten eine Transkriptabundanz in allen asexuellen Blutstadien sowie in Gametozyten. Mit Hilfe der Reverse-Genetics-Technik, wurde festgestellt, dass alle vier Kinasen essentiell sind für die asexuelle Replikation von P. falciparum. PfCLK-1/Lammer besitzt zwei Kernlokalisationssequenzen, während PfCLK-2 ein solches Signal stromaufwärts der C-terminalen katalytischen Domäne aufweist. Die Expression auf Proteinebene sowie die subzelluläre Lokalisation der beiden Kinasen wurde durch die Herstellung von Antiseren gegen die jeweilige Kinasedomainen hergestellt. Indirekte Immunfluoreszenzstudien, Westernblots und elektronenmikroskopische Daten bestätigten die Lokalisation vornehmlich in Zellkern des Parasiten. In-vitro-Studien demonstrierten, das beide Enzyme mit Phosphorylierungsaktivität assoziierte sind. Die massenspektrometrische Analyse von ko-immunopräzipitierten Proteinen zeigten Interaktionen der beiden PfCLK Kinasen mit Proteinen, welche vermutlich Nuklease-, Phosphatase- oder Helikase-Funktion besitzen. Im Gegensatz zu den CLK-Kinasen wird PfPKRP wird hauptsächlich während der Differenzierung der Gametozyten exprimiert wie Transkriptanalysen zeigten. Antiseren gegen die katalytische Domäne von PfPKRP detektierten jedoch Proteinexpression sowohl in Lysaten asexueller Parasiten als auch in Gametozytenlysaten. In Immunfluoreszenzstudien wurde ein punktiertes Expressionsmuster im Zytoplasma beobachtet, wobei die Expression vornehmlich in Gametozyten stattfand. Die Tatsache, dass die Herstellung einer PfPKRP-Knock out Mutante möglich war, zeigt, dass PfPKRP für das Überleben asexueller Parasiten entbehrlich ist, weshalb eine wichtige Rolle in der sexuellen Entwicklung der Parasiten möglich ist. Zum Einen dient die Charakterisierung der PfCLK-Kinasen als Beispiel für Kinasen, welche eine wichtige Rolle im Replikationszyklus der Parasiten spielen. Das erfolgreiche Ausschalten von PfPKRP sowie Untersuchungen zur Expression der PfPKRP-Kinase lassen zum Anderen eine Rolle in den Sexual- oder Transmissionstadien vermuten. Aufgrund dessen stellen beide Kinasefamilien viel versprechende Kandidaten für die Herstellung von malariamedikamenten dar.
KW  - Plasmodium falciparum
KW  - Kinasen
KW  - RNS-Spleißen
KW  - Malaria
KW  - Kinase
KW  - Calcium
KW  - Splicing
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48522
ER  -