Titelaufnahme

Titel
Structure-function analysis of MuSK during the formation of complex acetylcholine receptor clusters / submitted by Sania Mazhar
Verfasser / VerfasserinMazhar, Sania
Begutachter / BegutachterinHerbst, Ruth
Erschienen2011
Umfang187 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2011
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Zytoskelett / MuSK / neuromuskuläre Synapse / Acetylcholinrezeptor / postsynaptische Differenzierung / Rezeptortyrosinkinase / Skelettmuskulatur / Synaptogenese / Synapsenreifung
Schlagwörter (EN)cytoskeleton / MuSK / neuromuscular junction / nicotinic acetylcholine receptor / postsynaptic differentiation / receptor tyrosine kinase / skeletal muscle / synaptogenesis / synapse maturation
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5386 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Structure-function analysis of MuSK during the formation of complex acetylcholine receptor clusters [10.77 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die neuromuskuläre Synapse (NMJ) ist die spezialisierte Verbindungsstelle zwischen einem Motorneuron und einer Muskelfaser.

Diese Synapsen regulieren jede Art der Bewegung innerhalb eines Organismus. Die Aggregation von Neurotransmitterrezeptoren, an der NMJ sind dies die Acetylcholinrezeptoren (AChR), ist wichtig für die Funktion der Synapse, da diese die ausgeschütteten Neurotransmittermoleküle erkennen und binden, und somit eine Signalweiterleitung ermöglicht wird. Eine effizienten und schnelle Neurotransmission erfordert zusätzlich, dass ein ovales AChR-reiches Plaque in ein komplexes, verzweigtes AChR "Pretzel" ausreift. Dieser Vorgang findet in der Maus nach der Geburt statt. Die molekularen Prozesse während der Ausreifung sind noch großteils unbekannt. Die Bildung von AChR "Pretzel" kann in vitro reproduziert werden, in dem Muskelzellen auf einem Laminin-Substrat gehalten werden. AChR "Pretzel" werden gebildet ohne neuronale Signale über ein Muskel-intrinsisches Programm, das die Rezeptortyrosinkinase MuSK beinhaltet. MuSK und die von MuSK induzierte Signalkaskade sind essenziell für die Entstehung der NMJ. Eine Rolle bei der Ausreifung von NMJs war jedoch bis jetzt unklar.

In dieser Arbeit habe ich die Funktion von MuSK während der Bildung von AChR "Pretzel" untersucht. Dazu wurden Muskelzellen generiert, die verschiedene MuSK Mutanten exprimieren und deren Fähigkeit zur "Pretzel" Bildung auf Laminin-Substrat analysiert. Ich konnte zeigen, dass sowohl die MuSK Kinaseaktivität als auch die extrazelluläre Domäne von MuSK für die Laminin-induzierte Entstehung von "Pretzel" wichtig sind. Eine konstitutive Aktivierung von MuSK hat zur Folge, dass die Ausreifung von komplexen AChR Cluster beschleunigt wird und dass größere Cluster gebildet werden. Diese Phänomene korrelieren mit einer Hyperphosphorylierung der AChR und deren verstärkte Verankerung im Zytoskelett. Im Unterschied dazu, beeinflusst eine konstitutive MuSK Aktivität weder das Einfügen und Entfernen noch die Migration von AChR.

Weiters konnte ich demonstrieren, dass eine Transmembran-nahe Region innerhalb der MuSK cytoplasmatischen Domäne, die ein NPXY Motiv enthält, die Transformation von Plaque zu "Pretzel" reguliert. Die Verwendung von MuSK Chimären zeigte überraschenderweise, dass MuSK Kinaseaktivität nicht ausreicht, sondern auch die extrazelluläre Domäne eine funktionelle Rolle bei der Entstehung von AChR "Pretzel" hat.

Zusammenfassung (Englisch)

The neuromuscular junction (NMJ) is a cholinergic tripartite synapse that is composed of precisely aligned presynatic motor nerve terminals, the acetycholine receptor (AChR)-rich postsynaptic muscle membrane and perisynaptic Schawann cell. Efficient synaptic transmission at NMJ requires the topological maturation of the postsynaptic apparatus from an oval AChR-rich plaque into a complex pretzel-shaped array of branches. Despite significant progress in the understanding of NMJ formation, very little is known about the mechanisms that regulate NMJ maturation. Recently the process of in vivo transformation from plaque into pretzel has been reproduced in vitro by culturing myotubes aneurally on laminin-coated substrate. However, it was proposed that the formation of complex AChR clusters is regulated by a MuSK dependent muscle intrinsic program. MuSK is a muscle specific receptor tyrosine kinase and is essential for the formation of NMJ. To elucidate the structure-function role of MuSK in the aneural maturation of AChR pretzels, I generated muscle cell lines expressing MuSK mutant and chimeric proteins. The data encompassed in this thesis reveal that both, the kinase domain as well as the extracellular region of MuSK are required for the formation and maturation of AChR clusters on laminin.

Data show that MuSK kinase activity and subsequent downstream phosphorylation of AChR beta-subunit are not sufficient for AChR clustering and their maturation. Therefore, besides its role during agrin-induced AChR clustering, MuSK kinase activity is also necessary for substrate-dependent cluster formation. Moreover, constitutive activation of MuSK leads to advanced clusters maturation, bigger clusters and hyperphosphorylation of AChRs that subsequently correlates with significantly enhanced anchorage of AChRs to the cytoskeleton.

However interestingly, enhanced MuSK kinase activity does not change the insertion, removal, migration and disintegration pattern of the laminin-induced AChR clusters. In addition, I find that the juxtamembrane region of MuSK, which has previously been shown to regulate agrin-induced AChR clustering, is unable to induce complex AChR clusters on laminin substrate. Most interestingly, MuSK kinase activity is not sufficient for complex AChR cluster formation since the MuSK ectodomain is also required suggesting a so far undiscovered instructive role for the extracellular domain of MuSK. Furthermore, this study depicts that MuSK colocalizes with the topological transformation of AChR clusters from plaque to pretzel.