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Learning about the dual roles of ADAP1 during neurogenesis from in vitro reconstitutions
Albert Auer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Friedrich Propst
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24322.19223.513469-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Die asymmetrische Verteilung des Polarita ̈tseffektors und sekunda ̈ren Botenstoff Phosphatidylinositol-3,4,5-phosphat (PI(3,4,5)P3) wa ̈hrend der Neurogenese ist sowohl ein zeitlicher, als auch ra ̈umlicher Determinant, um eine Axon-Dendrit Achse in Neuronen festzulegen. Die kontrollierte lokale Produktion, ebenso wie Mikrotubuli basierender Trans- port sind essentiell um diese Assymetrie von PI(3,4,5)P3 zu erzeugen und beizubehalten. Der Transport von PI(3,4,5)P3 wurde dem Kinesin Familienmitglied KIF13B (GAKIN) und seinem Adapter ADAP1 zugeschrieben, wobei ADAP1 auch den Zyklus der GTPase ARF6 als ein GTPase aktivierendes Protein (GAP) reguliert. Der Zyklus von ARF6 wiederum, stimuliert den Auswuchs von Neuriten und reguliert die Richtung des Kinesin Transportes in Axons. Deswegen wurden ADAP1 zwei essentielle Rollen wa ̈hrend der Neurogenese zugeschrieben. Nichtsdestotrotz, sind diese Rollen nicht komplett klar, da die Aktivita ̈t von ADAP1 als eine GAP einstweilen nur in Zellen besta ̈tigt wurde und die Rolle als Adapter immer noch Ra ̈tsel aufwirft. Mit der Verwendung von aufgereinigten Proteinen in Rekonstitutionsmethoden in vitro, zeigen wir zum ersten Mal in vitro, dass ADAP1 eine PI(3,4,5)P3 abha ̈ngige GAP gegenu ̈ber ARF6 ist. Vielmehr, berichten wir von einem 1:1 Komplex zwischen ADAP1 und KIF13B in Lo ̈sungen, welches dem derzeitig herrschenden Model der Sto ̈chiometrie widerspricht. Wir postulieren, dass KIF13B an Mikrotubulin dimerisiert. Interessanterweise, formt ADAP1 mit KIF13B nur einen Komplex in Abwesenheit von PI(3,4,5)P3, dazu formt es jedoch keinen Komplex, wenn es mit PI(3,4,5)P3 Vesikeln in Verbindung steht. Diese gegenseitige Exklusivita ̈t macht das ADAP1/KIF13B Transport Modul unfa ̈hig PIP-haltige Vesikel zu transportieren, welches dadurch das aktuelle Modell der Neuronen Polarisation in Frage stellt. Diese Resultate zeigen, dass ADAP1 entweder als GAP agiert, wenn es mit PI(3,4,5)P3 in Verbindung steht, oder mit KIF13B vermutlich fu ̈r andere Funktionen als PI(3,4,5)P3 Transport interagiert. Aus diesem Grund zeigt unsere Studie auf, dass das aktuelle Model, wie die PIP Polarita ̈t in der Zelle wa ̈hrend der Neuronen-Polarisierung erzeugt wird, u ̈berdacht werden sollte.
Abstract
(Englisch)
The asymmetric distribution of the second messenger phosphatidylinositol-3,4,5-phosphate (PI(3,4,5)P3) during neurogenesis is an early spatiotemporal landmark to define an axon- dendrite polarity axis in neurons. Controlled local production, as well as PI(3,4,5)P3 delivery by microtubule-based transport are essential to generate and maintain this asymmetric distribution. The transport of PI(3,4,5)P3 was thought to rely on the kinesin family member KIF13B (GAKIN) and its adapter ADAP1, whereby ADAP1 has also been linked as a GTPase activating protein (GAP) to regulate the cycling of the small GTPase ARF6. Cycling of ARF6, in turn, is proposed to mediate neurite outgrowth and regulates the direction of kinesin transport in axons. Thus, ADAP1 is thought to be involved in two essential functions during early neurogenesis. Nevertheless, these postulated roles are not completely clear. ADAP1’s GAP activity has only been indirectly suggested by experiments in cells and the role of ADAP1 as an PI(3,4,5)P3-adapter still remains enigmatic. Using in vitro reconstitution approaches with purified proteins, we show for the first time in vitro that ADAP1 is a PI(3,4,5)P3 dependent ARF6-GAP. Moreover, we report a 1:1 complex between ADAP1 and KIF13B in solution, contradictory to the current stated stoichiometry. We postulate that KIF13B dimerizes on microtubules. Interestingly, ADAP1 and KIF13B only form a complex in the absence of PI(3,4,5)P3, in contrast ADAP1 does not bind to KIF13B when it is engaged to PI(3,4,5)P3 rich vesicles. This mutually exclusive binding makes the ADAP1/KIF13B module unable to transport PIP rich vesicles, contradicting the current model of neuronal polarization. This indicates that ADAP1 either functions as a GAP, when engaged with PI(3,4,5)P3, or supposedly associates with KIF13B for other functions than PI(3,4,5)P3 transport. Therefore, our study emphasises the need to revisit the current models of how PIP polarity is achieved during neuronal polarization.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Neuronen Polarisation Axon PI(3,4,5)P3 Kinesin smallGTPases GAP ARF6
Schlagwörter
(Deutsch)
Neuronen Polarisation Axon PI(3,4,5)P3 Kinesin smallGTPases GAP ARF6
Autor*innen
Albert Auer
Haupttitel (Englisch)
Learning about the dual roles of ADAP1 during neurogenesis from in vitro reconstitutions
Paralleltitel (Deutsch)
Lernen über die zwei Rollen von ADAP1 während der Neurogenese
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
124 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Friedrich Propst
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC15193345
Utheses ID
48358
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |
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