TY  - THES
A1  - Cook, Mandy
T1  - The neurodegenerative Drosophila melanogaster AMPK mutant loechrig
T1  - The neurodegenerative Drosophila melanogaster AMPK Mutante loechrig
N2  - In dieser Doktorarbeit wird die Drosophila Mutante loechrig (loe), die progressive Degeneration des Nervensystems aufweist, weiter beschrieben. In der loe Mutante fehlt eine neuronale Isoform der γ- Untereinheit der Proteinkinase AMPK (AMP-activated protein kinase). Die heterotrimere AMPK (auch als SNF4Aγ bekannt) kontrolliert das Energieniveau der Zelle, was ständiges Beobachten des ATP/AMP- Verhältnis erfordert. AMPK wird durch niedrige Energiekonzentrationen und Beeinträchtigungen im Metabolismus, wie zum Beispiel Sauerstoffmangel, aktiviert und reguliert mehrere wichtige Signaltransduktionswege, die den Zellmetabolismus kontrollieren. Jedoch ist die Rolle von AMPK im neuronalen Überleben noch unklar. Eines der Proteine, dass von AMPK reguliert wird, ist HMGR (hydroxymethylglutaryl-CoA- reductase), ein Schlüsselenzym in der Cholesterin- und Isoprenoidsynthese. Es wurde gezeigt, dass wenn die Konzentration von HMGR manipuliert wird, auch der Schweregrad des neurodegenerativen Phänotyps in loe beeinflusst wird. Obwohl die regulatorische Rolle von AMPK auf HMGR in Drosophila konserviert ist, können Insekten Cholesterin nicht de novo synthetisieren. Dennoch ist der Syntheseweg von Isoprenoiden zwischen Vertebraten und Insekten evolutionär konserviert. Isoprenylierung von Proteinen, wie zum Beispiel von kleinen G-Proteinen, stellt den Proteinen einen hydophobischen Anker bereit, mit denen sie sich an die Zellmembran binden können, was in anschließender Aktivierung resultieren kann. In dieser Doktorarbeit wird gezeigt, dass die loe Mutation die Prenylierung von Rho1 und den LIM-Kinasesignalweg beeinflusst, was eine wichtige Rolle im Umsatz von Aktin und axonalem Auswachsen spielt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Mutation in LOE, Hyperaktivität des Isoprenoidsynthesewegs verursacht, was zur erhöhten Farnesylierung von Rho1 und einer dementsprechend höheren Konzentration von Phospho- Cofilin führt. Eine Mutation in Rho1 verbessert den neurodegenerativen Phänotyp und die Lebenserwartung von loe. Der Anstieg vom inaktiven Cofilin in loe führt zu einer Zunahme von filamentösen Aktin. Aktin ist am Auswachen von Neuronen beteiligt und Experimente in denen loe Neurone analysiert wurden, gaben wertvolle Einblicke in eine mögliche Rolle die AMPK, und dementsprechend Aktin, im Neuronenwachstum spielt. Des Weiteren wurde demonstriert, dass Neurone, die von der loe Mutante stamen, einen verlangsamten axonalen Transport aufweisen, was darauf hinweist dass Veränderungen, die durch den Einfluss von loe auf den Rho1 Signalweg im Zytoskelettnetzwerk hervorgerufen wurden, zur Störung des axonalen Transports und anschließenden neuronalen Tod führen. Es zeigte außerdem, dass Aktin nicht nur am neuronalen Auswachsen beteiligt ist, sondern auch wichtig für die Aufrechterhaltung von Neuronen ist. Das bedeutet, dass Änderungen der Aktindynamik zur progressiven Degeneration von Neuronen führen kann. Zusammenfassend unterstreichen diese Ergebnisse die wichtige Bedeutung von AMPK in den Funktionen und im Überleben von Neuronen und eröffnen einen neuartigen funktionellen Mechanismus in dem Änderungen in AMPK neuronale Degeneration hervorrufen kann.
N2  - In this thesis the Drosophila mutant loechrig (loe), that shows progressive degeneration of the nervous system, is further described. Loe is missing a neuronal isoform of the protein kinase AMPK γ subunit (AMP-activated protein kinase- also known as SNF4Aγ) The heterotrimeric AMPK controls the energy level of the cell, which requires constant monitoring of the ATP/AMP levels. It is activated by low energy levels and metabolic insults like oxygen starvation and regulates multiple important signal pathways that control cell metabolism. Still, its role in neuronal survival is unclear. One of AMPK’s downstream targets is HMGR (hydroxymethylglutaryl-CoA- reductase), a key enzyme in cholesterol and isoprenoid synthesis. It has been shown that manipulating the levels of HMGR affects the severity of the neurodegenerative phenotype in loe. Whereas the regulatory role of AMPK on HMGR is conserved in Drosophila, insects cannot synthesize cholesterol de novo. However, the synthesis of isoprenoids is a pathway that is evolutionarily conserved between vertebrates and insects. Isoprenylation of target proteins like small G-proteins provides a hydrophobic anchor that allows the association of these proteins with membranes and following activation. This thesis shows that the loe mutation interferes with the prenylation of Rho1 and the regulation of the LIM kinase pathway, which plays an important role in actin turnover and axonal outgrowth. The results suggest that the mutation in LOE, causes hyperactivity of the isoprenoid synthesis pathway, which leads to increased farnesylation of RHO1 and therefore higher levels of phospho-cofilin. A mutation in Rho1 improves the neurodegenerative phenotype and life span. The increased inactive cofilin amount in loe leads to an up regulation of filamentous actin. Actin is involved in neuronal outgrowth and experiments analyzing loe neurons gave valuable insights into a possible role of AMPK and accordingly actin on neurite growth and stability. It was demonstrated that neurons derived from loe mutants exhibit reduces axonal transport suggesting that changes in the cytoskeletal network caused by the effect of loe on the Rho1 pathway lead to disruptions in axonal transport and subsequent neuronal death. It also shows that actin is not only involved in neuronal outgrowth, its also important in maintenance of neurons, suggesting that interference with actin dynamics leads to progressive degeneration of neurons. Together, these results further support the importance of AMPK in neuronal function and survival and provide a novel functional mechanisms how alterations in AMPK can cause neuronal degeneration
KW  - Taufliege
KW  - Nervendegeneration
KW  - AMP
KW  - Proteinkinasen
KW  - Molekulargenetik
KW  - Drosophila
KW  - Neurodegeneration
KW  - AMPK
KW  - Drosophila
KW  - Neurodegeneration
KW  - Rho
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72027
ER  - 
TY  - THES
A1  - Blume, Constanze
T1  - Cellular functions of VASP phosphorylations
T1  - Die zellulären Funktionen der VASP-Phosphorylierungen
N2  - Members of the enabled/vasodilator-stimulated phosphoprotein (Ena/VASP) family are important regulators of the actin cytoskeleton dynamics. VASP functions as well as its interactions with other proteins are regulated by phosphorylation at three sites - serine157 (S157), serine239 (S239), and threonine278 (T278) in humans. cAMP- and cGMP- dependent protein kinases phosphorylate S157 and S239, respectively. In contrast, the kinase responsible for T278 was as yet unknown and identified in the first part of this thesis. In a screen for T278 phosphorylating kinases using a phospho-specific antibody against phosphorylated T278 AMP-activated protein kinase (AMPK) was identified in endothelial cells. Mutants of AMPK with altered kinase-activity modulate T278-phosphorylation levels in cells. AMPK-driven T278-phosphorylation impaired stress fiber formation and changed cell morphology in living cells. AMPK is a fundamental sensor of cellular and whole body energy homeostasis. Zucker Diabetic Fatty (ZDF) rats, which are an animal model for type II diabetes mellitus, were used to analyze the impact of phosphorylated T278 in vivo. AMPK-activity and T278-phosphorylation were substantially reduced in arterial vessel walls of ZDF rats in comparison to control animals. These findings demonstrate that VASP is a new AMPK substrate, that VASP phosphorylation mediates the effects of metabolic regulation on actin cytoskeleton rearrangements, and that this signaling system becomes down-regulated in diabetic vessel disorders in rats. In the second part of this thesis, a functional analysis of differential VASP phosphorylations was performed. To systematically address VASP phosphorylation patterns, a set of VASP phosphomimetic mutants was cloned. These mutants enable the mimicking of defined phosphorylation patterns and the specific analysis of single kinase-mediated phosphorylations. VASP localization to the cell periphery was increased by S157- phosphorylation and modulated by phosphorylation at S239 and T278. Latter phosphorylations synergistically reduced actin polymerization. In contrast, S157- phosphorylation had no effect on actin-dynamics. Taken together, the results of the second part show that phosphorylation of VASP serves as a fine regulator of localization and actin polymerization activity. In summary, this study revealed the functions of VASP phosphorylations and established novel links between signaling pathways and actin cytoskeleton rearrangement.
N2  - Die Mitglieder der Enabled/Vasodilator-stimulated phosphoprotein (Ena/VASP) Familie sind bedeutende Regulatoren der Aktinzytoskelettdynamik. Die Funktionen und die Protein-Protein-Wechselwirkungen von VASP werden durch Phosphorylierungen an drei Aminosäureresten reguliert. Im Fall von humanem VASP sind dies Serin157 (S157), Serin239 (S239) und Threonin278 (T278). S157 und S239 sind Substrate der cAMP- und cGMP-abhängigen Proteinkinasen. Die Kinase, die T278-Phosphorylierung vermittelt, ist nicht bekannt. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Identifizierung der T278-phosphorylierenden Kinase. Mit Hilfe eines phospho-spezifischen Antikörpers gegen das phosphorylierte T278 (pT278) wurde in Endothelzellen eine systematischen Suche nach T278-phosphorylierenden Kinasen durchgeführt. Dabei wurde die AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) entdeckt. Mutanten der AMPK, welche eine veränderte Kinaseaktivität besitzen, erhöhten bzw. reduzierenten das Niveau der pT278. Die T278-Phosphorylierung durch die AMPK reduzierte die Stressfaserbildung und führt zu einer veränderten Zellmorphologie. Die AMPK ist ein fundamentaler Sensor des zellulären und Organismus-umfassenden Energiehaushalts. Zur Analyse der Funktion der pT278 in vivo wurden Zucker Diabetic Fatty (ZDF) Ratten, ein Tiermodell für den Diabetes mellitus Typ II, verwendet. Die AMPK-Aktivität und die pT278 waren in arteriellen Gefäßwänden von ZDF-Ratten im Vergleich zu Kontrolltieren deutlich reduziert. Diese Ergebnisse zeigen, dass VASP ein neues Substrat der AMPK ist, dass die T278-Phosphorylierung metabolische Signale an das Aktin-Zytoskelett koppelt und, dass bei diabetischen Ratten dieser Signaltransduktionsweg supprimiert ist. Im zweiten Teil wurde die Bedeutung der VASP-Phosphorylierungsmuster für die Aktin- bildung und die VASP-Lokalisation untersucht. Hierzu wurden systematisch VASP- Phoshorylierungsmutanten generiert. Diese Mutanten imitieren fixierte Phosphorylierungen oder erlauben einzelne Phosphorylierungen durch die jeweilige Kinase. Die Untersuchungen zeigten, dass S157-phosphoryliertes VASP (pS157) sich an der Zellperipherie anreichert, wobei die S239- und T278-Phosphorylierungen diesen Lokalisationseffekt modulieren. Phosphoryliertes S239 und T278 reduzierten synergistisch die Aktinpolymerisation. Im Gegensatz hierzu beeinflusste pS157 die Aktindynamik nicht. Dies zeigt, dass die VASP- Phosphorylierungen als Feinregulator für die Lokalisation und die Aktinpolymerisationsak- tivität fungierten. Zusammenfassend identifiziert diese Studie die Funktionen der einzelnen VASP- Phosphorylierungen und deckt neue Verbindungen von Signalwegen zur Aktinzytoskelett- Reorganisation auf.
KW  - Vasodilatator-stimuliertes Phosphoprotein
KW  - Phosphorylierung
KW  - Actin-bindende Proteine
KW  - Actin-Polymerisation
KW  - PKA
KW  - PKG
KW  - AMPK
KW  - Metabolismus
KW  - Actin-Polymerisation
KW  - PKA
KW  - PKG
KW  - AMPK
KW  - Metabolism
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48321
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tschäpe, Jakob-Andreas
T1  - Molekulare und funktionelle Analyse der Drosophila-Mutante löchrig
T1  - Molecular and Functional Analysis of the Drosophila mutant löchrig
N2  - Neurodegenerative Erkrankungen des Menschen sind eines der Hauptfelder molekularer neurobiologischer Grundlagenforschung. Um generell molekulare, komplizierte Vorgänge in vivo untersuchen zu können, nutzt man seit geraumer Zeit Modellorganismen wie Caenorhabditis elegans oder Drosophila melanogaster. In der vorliegenden Arbeit wird die Drosophila-Neurodegenerationsmutante loe (löchrig) beschrieben, die als Modell für die Rolle des Cholesterinhaushalts im Bezug auf Neurodegeneration herangezogen werden kann. Die Fliegen dieser Mutante zeigen stark progressive, altersabhängige Degeneration von Neuronen, dabei unterlaufen diese Nervenzellen einen nekrotischenZelltod. Verantwortlich für diese Mutation ist die Insertion eines P-Elementes in einem Intron des Drosophila-g-5'-AMP-aktivierten Proteinkinase- (AMPK)-Gens. Die verschiedenen Spleißprodukte des loe Gens kodieren für die regulatorische g-Untereinheit des AMPK-Komplexes, der , aktiviert durch 5'AMP, energieintensive Prozesse negativ reguliert. Die Spleißform loeI ist durch die P-Element-Insertion betroffen, Anteile des P-Elementes werden in das loeI-Transkript hineingespleißt. Eine neuronale Expression von loeI im loe-Hintergrund führt zur Revertierung des loe-Phänotypes. Mit der Expression anderer Spleißformen kann dieser Effekt nicht erzielt werden. Das LOE I-Protein birgt in seinem N-Terminus eine Reihe möglicher Interaktionstellen mit anderen Proteinen, die den AMPK-Komplex in einen Kontext mit den Proteinen der APP (Amyloid Precursor Proteins) ?Familie stellen oder z. B. Interaktionen mit dem Cytoskelett herstellen können. Eine molekulare Interaktion mit NiPSNAP, einem Protein, dass vermutlich eine Rolle im Vesikelverkehr spielt, konnte nachgewiesen werden. Ein direktes humanes Homolog von LOE I ist nicht bekannt, wohlgleich es im Menschen drei AMPK-g-Untereinheiten gibt, von denen zwei ähnliche Funktionen übernehmen könnten wie LOE I. Die loe-Mutante interagiert genetisch mit der Mutante clb ? columbus, die einen Defekt im Gen der HMG-CoA-Reduktase trägt. Dieses Emzym ist das Schlüsselenzym der Cholesterinbiosynthese. Die Art der Interaktion belegt eine negative Regulierung der HMG-CoA-Reduktase durch die AMPK. So schwächt die clb-Mutation den neurodegenerativen loe-Phänotyp ab, eine Überexpression von clb verstärkt diesen. Eine Verminderung der Neurodegeneration kann auch mit Medikamenten erreicht werden: Statine, potente Hemmer der HMG-COA-Reduktase, reprimieren deutlich den loe-Phänotyp. In loe ist der Cholesterinester-Spiegel auf 40% abgesenkt. Eine weitere genetische Interaktion von loe konnte nachgewiesen werden: Die Mutante für das Drosophila-Homolog von APP (Appl) verstärkt den neurodegenerativen Phänotyp in loe stark, wogegen die Appl-Mutante selbst keine neurodegenerativen Defekte aufweist. Darüberhinaus zeigt die Doppelmutante Defekte, die keine der Einzelmutanten aufweist: Sterilität oder eine extrem kurze Lebensdauer von nur 3-4 Tagen. Diese Interaktion ließ sich auf molekularer Ebene charakterisieren. Die proteolytische Prozessierung von APPL durch Sekretasen ist in loe alteriert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch die loe-Mutation die b-Sekretase aus Vertebraten (BACE) und eine bisher noch nicht beschriebene endogene Sekretase aus Drosophila negativ beeiflusst werden. Ein AMPK-Komplex mit LOE I als g-Untereinheit scheint über den Cholesterinester-Spiegel die Aktivität einer speziellen Untergruppe der Sekretasen zu beeinflussen. Die Missfunktion dieser Sekretasen ist ein kritischer Punkt in der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit. Die loe-Mutation wirft neues Licht auf die bekannten Verbindungen zwischen Cholesterin-Stoffwechsel, Vesikelverkehr und Prozessierung von APP(L). Mit den großen Möglichkeiten, die die Drosophila-Genetik bietet, stellt diese neue Mutante ein weiteres Werkzeug zur Charakterisierung von Therapie-Ansätzen für die Alzheimer-Kankheit dar. Die vorliegende Arbeit belegt um ein weiteres Mal, dass Drosophila ein potentes Modellsystem zur Untersuchung humaner, neurodegenerativer Erkrankungen wie Chorea Huntington, Parkinson oder der Alzheimer Krankheit ist.
N2  - Human neurodegenerative diseases are the main topic of molecular neurobiological basic research. To investigate detailed mechanisms in vivo one uses the tool of genetic model organisms like Caenorhabditis elegans or Drosophila melanogaster for quite a long while. This thesis describes the Drosophila neurodegenration mutant löchrig (loe), which can be used as a model for cholesterol metabolism in respect to neurodegeneration. Mutant loe flies show strong and progressive age-dependent degenration of neurons undergoing necrotic cell death. The P-element inserted in an intron of the gene coding for the Drosophila 5'-AMP activated protein kinase (AMPK) complex gamma subunit is responsible for the mutation in loe. The various splice forms of the loe gene code for different regulatory gamma subunits of this complex consisiting of three subunits. The splice form loeI is affected by the P-element insertion, parts of the P-element are spliced into the loeI transkript in the loe mutant. The neuronal expression of one copy of loeI in the mutant background revertes the neurodegenerative phenotype which can not be achieved by expression of one of the other splice forms. The LOE I protein contains in its N-terminus several putative interaction motifs and domaines. These could get a LOE I-containing AMPK complex in context with the APP (amyloid precursor protein) or the cytoskeletton. An interaction with NiPSNAP ? a protein with a putative function in the vesicular transport ? has been proved molecularly. A human homolog of LOE I is not yet known, although there are three different isoforms of a AMPK gamma subunit described in humans. The loe mutant interacts genetically with the columbus (clb) mutant, wich is affected in the gene of the HMG-CoA reductase, the key enzyme in cholesterol biosynthesis. This shown interaction verifies a negative regulation of the HMG-CoA reductase by the AMPK complex in Drosophila. Thus the clb mutation supresses the loe phenotype, an overexpression of clb enhances the neurodegeneration. A supression of the neurodegenerative phenotype can be also achieved by a statin treatment of loe flies. Statins are potent inhibitors of the HMG-CoA reductase. Another genetic interaction exists between loe and the Appl mutant. Appl d, the null mutant of the Drosophila APP homolog, enhances strongly the neurogenerative phenotype of loe, whereas the Appl mutant itself shows no neuronal defects. In addition the double mutant shows defects which none of the single mutants show: sterility of females and a dramatic shortened lifespan of only 3-4 days. This interaction could be characterized on the molecular level: The proteelytic processing of APPL by sectretases is altered in the loe mutant. Both the BACE sectretase from vertebrates and an so far uncharakterized endogenous sectretase in Drosophila are negatively influenced by the loe mutation. An AMPK complex containing LOE I as the gamma subunit seems to regulate the activity of a subgroup of the sectretases via the cholesterolester level. The misfunction of secretases is a crutial point in the pathogenesis of Alzheimer's disease. The loe mutation gives new insights in the already known links between cholesterol homeostasis, vesicular transport, and processing of APP(L). Together with the exstensive tools of Drosophila genetics this new mutant will supply new possibilities to characterize putative therapies to cure Alzheimer's disease. This thesis at another time presents Drosophila as an potent model system for the research on human neurodegenerative diseases like Huntington's disease, Parkinson or Alzheimer's disease.
KW  - Taufliege
KW  - Mutante
KW  - Cholesterin
KW  - Nervenzelle
KW  - Degeneration
KW  - Alzheimer-Krankheit
KW  - Neurodegeneration
KW  - Drosophila
KW  - APP
KW  - Cholesterin
KW  - Alzheimer Krankheit
KW  - AMPK
KW  - Neurodegeneration
KW  - Drosophila
KW  - APP
KW  - Cholesterol
KW  - Alzheimer's Disease
KW  - AMPK
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2963
ER  -