Molekulare Charakterisierung, Expressionsmuster und Interaktionen der Lamina-assoziierten Polypeptide 2 (LAP2) in Xenopus laevis

• Main Author: Lang, Carmen
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2002
• Subjects: Glatter Krallenfrosch; Kernhülle; Polypeptide; Genexpression; ddc:570
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/320; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3844; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3844; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/320/lang.pdf

Lamina-assoziierte Polypeptide 2 (LAP2) in Vertebraten sind bis auf zwei Ausnahmen integrale Membranproteine der inneren Kernmembran, die durch unterschiedliches Spleißen eines einzigen Gens entstehen. Während die aminoterminale Domäne, die allen LAP2 Isoformen gemeinsam ist, in Interphasezellen mit Chromatin und dem DNA-Bindungsprotein BAF interagiert, beinhaltet der carboxyterminale Bereich die Lamin Bindungsdomäne und eine Transmembrandomäne. Diese beiden carboxyterminalen Domänen bewirken die Lokalisation der Proteine an die Kernhülle. In dieser Arbeit konnten drei LAP2 Isoformen von Xenopus laevis molekular charakterisiert werden, die alle integrale Membranproteine sind. In somatischen Zellen werden vorwiegend die beiden Isoformen LAP2γ und LAP2ß exprimiert, in frühen Entwicklungsstadien dagegen die größte Isoform, das LAP2ω. In allen bekannten funktionellen Domänen weisen die LAP2 Proteine von Xenopus eine hohe Sequenzübereinstimmung mit den LAP2 Proteinen in Säugern auf. Allerdings finden sich in Xenopus zusätzliche Isoform-spezifische Proteindomänen, die zwischen der amino-terminalen Domäne und der Lamin Bindungsdomäne eingeschoben sind. Eine dem Xenopus LAP2ω im Aufbau und in der Expression vergleichbare Isoform wurde bisher nur beim Zebrafisch nachgewiesen. Auch die somatisch exprimierten LAP2 Isoformen des Zebrafisch (ZLAP2b und ZLAP2g) entsprechen den beiden somatischen Xenopus Isoformen. Um Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den drei LAP2 Isoformen feststellen zu können, wurden die Proteine des Zebrafischs als GFP Fusionsproteine in Xenopus A6 Zellen exprimiert. ZLAP2ω und LAP2ß wurden vorwiegend an mitotische Chromosomen gebunden, dagegen war der größte Teil des ZLAP2g im Cytoplasma verteilt. Mutanten der drei Proteine, denen jeweils die Lamin Bindungsdomäne einschließlich der Transmembrandomäne fehlte, zeigten dasselbe Verhalten. Somit scheinen diese b- und w-spezifischen Domänen Chromatin-Bindungseigenschaften zu besitzen. In Amphibien liegt das XLAP2ß in der Interphase in einem Proteinkomplex mit A- und B-Typ Laminen vor. Diese Proteinkomplexe konnten durch Immunpräzipitationen von GFP-XLAP2ß Fusionsproteinen mit GFP Antikörpern nachgewiesen werden. Die Extrakte für die Immunpräzipitationen wurden aus stabil transfizierten Xenopus A6 Zelllinien gewonnen. Diese Ergebnisse sind in Übereinstimmung mit in vitro Bindungsstudien mit GST- XLAP2ß Fusionsproteinen. Für die Bildung des Lamin-LAP2ß Proteinkomplexes und auch für die korrekte Lokalisation des Proteins an die Kernhülle reicht ein in Vertebraten hochkonservierter Bereich von 36 Aminosäuren in Kombination mit der Transmembrandomäne aus. Zudem scheint diese kurze carboxyterminale LAP2ß Sequenz in Xenopus, Zebrafisch und Ratte mit dem endogenen LAP2ß um Bindungsstellen in der Kernlamina zu konkurrieren. Sowohl in Amphibien- wie auch in Säugerzellen konnte in transient transfizierten Zellen eine beträchtliche Verminderung des endogenen LAP2ß beobachtet werden, ohne dass dabei die Kernmorphologie und die Verteilung anderer Kernmembranproteine beeinträchtigt wurde. Somit scheint die Lamin-Bindungsdomäne des LAP2ß in Vertebraten stark konserviert zu sein. === Lamina-associated polypeptides 2 (LAP2) in vertebrates are, except for two mammalian isoforms, integral membrane proteins of the inner nuclear membrane which are generated by alternative splicing from a single gene. Whereas the aminoterminal domain, which is common for all LAP2 isoforms, interacts with chromatin and the DNA-binding protein BAF in interphase cells, the carboxyterminal region contains the lamin binding domain and a transmembrane domain. Both carboxyterminal domains are responsible for the localisation of the proteins in the nuclear envelope. In this work three LAP2 isoforms of Xenopus laevis were molecularly characterised, all of them being integral membrane proteins. In somatic cells the two predominant isoforms are LAP2γ and LAP2ß, whereas in early developmental stages only the largest isoform LAP2ω can be found. In all known functional domains, the LAP2 proteins of Xenopus show a high sequence homology to the LAP2 proteins of mammals. But in Xenopus, additional isoform-specific domains can be found which are inserted between the aminoterminal domain and the lamin binding domain. Only in zebrafish, an isoform comparable in structure and expression pattern to the Xenopus LAP2ω can be found. Also the LAP2 isoforms characteristic for somatic cells of zebrafish (LAP2ß and LAP2γ) correspond to the two somatic Xenopus isoforms. To enable the investigation of differences and similarities between the three LAP2 isoforms, the zebrafish proteins were expressed as GFP fusion proteins in Xenopus A6 cells. ZLAP2ω and ZLAP2ß were mainly bound to mitotic chromosomes, whereas ZLAP2γ was mostly distributed in the cytoplasm. Mutants of the three proteins which were lacking the lamin binding region and the transmembrane domain, showed the same behaviour. It seems therefore that the ω- and ß-specific domains mediate chromatin binding. In interphase cells of amphibian XLAP2ß is part of a protein complex also containing A- and B-type lamins. The existence of these protein complexes could be demonstrated by immunoprecipitations of GFP-LAP2ß fusion proteins with GFP antibodies. The extracts used for these immunoprecipitations were prepared from stably transfected Xenopus A6 cell lines. These results correspond to the results obtained by in vitro binding studies with GST-XLAP2ß fusion proteins. In vertebrates a short, highly conserved region of 36 amino acids in combination with the transmembrane domain, is sufficient for the formation of the lamin-LAP2ß protein complex as well as for the correct localisation of the proteins to the nuclear envelope. Moreover, it seems that this short carboxyterminal sequence of LAP2ß in Xenopus, zebrafish and rat competes with endogenous LAP2ß for the same binding sites in the nuclear lamina. In amphibian as well as in mammalian cells a significant reduction of the endogenous LAP2ß can be seen in transiently transfected cells. The nuclear morphology and the distribution of other nuclear components seems to be unchanged. Therefore it can be concluded that the lamin binding domain of LAP2ß is highly conserved in vertebrates.