Molecular characterization of Trim E3 ubiquitin ligases in early neurogenesis of Xenopus laevis : [kumulative Dissertation]

Abstract

Während der Entwicklung des Zentralnervensystems von Wirbeltieren ist die Bereitstellung einer ausreichenden Anzahl an Neuronen unabdingbar. Dazu muss die räumliche und zeitliche Balance zwischen Proliferation der neuronalen Vorläuferzellen (NPC) und deren Differenzierung gewährleistet sein. Bei diesem Umschaltprozess spielt das Ubiquitin-Proteasom-System eine wesentliche Rolle. Erste Vorergebnisse belegen, dass die E3-Ubiquitin-Protein-Ligase-Familie Trim wichtige Transkriptionsfaktoren und Komponenten von Signalwegen der Neurogenese bzw. der Entwicklung des Nervensystems im Modellsystem Xenopus laevis beeinflussen. In dieser Arbeit konnte erstmalig gezeigt werden, dass Trim18/Mid1 mit dem Transkriptionsfaktor Pax6 interagiert. Dies führt zur Mid1-vermittelten Ubiquitinierung und folglich zur proteasomalen Degradation von Pax6. Ein Funktionsverlust von mid1 ist phänotypisch mit der Bildung vergrößerter Augen von Xenopus-Embryonen bei einer vermehrten Expression des pax6-Gens assoziiert. Daraus wird geschlussfolgert, dass die negative Regulation der Pax6-Proteinmenge mittels der Ubiquitinligase Trim18/Mid1 einen wichtigen Schritt in der Festlegung richtiger Grenzen zwischen dem Augenstiel und der Netzhaut darstellt. Analysen zu Trim2 belegen eine physikalische Interaktion mit dem proapoptisch wirksamen Alix-Protein. Trim2-knock down beeinflusst das Überleben neuronaler Vorläuferzellen negativ, wodurch die primäre Neurogenese gehemmt ist. Eine epistatische Analyse durch einfache bzw. gleichzeitige Unterdrückung von Trim2 und/ oder Alix auf neuronale Marker der frühen Neurogenese bestätigen, dass das Interagieren von Trim2 mit dem Alix-Protein an der zeitlichen Steuerung der frühen neuronalen Entwicklung durch Kontrolle von Zellproliferations- und Apoptosevorgänge involviert ist.

The generation of a proper amount of neurons in various regions of the developing vertebrate central nervous system is a complex process that involves a carefully regulated spatial and temporal balance between proliferation and differentiation of neural progenitor cells (NPC). Accumulating evidence indicates that ubiquitin proteasome system (UPS) plays an essential role in the proper timing of these switch during neural development. Interestingly, Trim ubiquitin E3 ligases play a vital role in the degradation of key transcription factors and signalling pathway components important for neurogenesis and the development of the nervous system. In the present work, it could be shown that the ubiquitin E3 ligase Trim18/Mid1 interacts with transcription factor Pax6. Here, Mid1 regulates the ubiquitination and proteasomal degradation of Pax6. Concurrently, mid1 loss-of-function showed physiologically enlarged eyes and increased expression of pax6 in Xenopus embryos. These findings show that Mid1 mediated posttranslational modification and clearance of the unaddressed or excessive Pax6 protein is necessary to set proper boundaries between the eyestalk and the retina. Moreover, functional analysis of Trim2, showed physical interaction with pro apoptotic adaptor protein Alix. trim2 loss-of-function affected neural progenitor cell survival, thereby inhibiting primary neurogenesis. Epistatic analysis through single and co-suppression of trim2 and alix on early neural marker genes revealed similar alterations during early neurogenesis. These findings provide evidence that Alix and Trim2 interact and are possibly involved in the timing of differentiation and determination of neural progenitors through the control of cell proliferation/apoptotic processes during early neural development.