Details
| Original language | German |
|---|---|
| Qualification | Doctor rerum naturalium |
| Awarding Institution | |
| Supervised by |
|
| Date of Award | 20 Mar 2019 |
| Place of Publication | Hannover |
| Publication status | Published - 2019 |
Abstract
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- RIS
Hannover, 2019. 117 p.
Research output: Thesis › Doctoral thesis
}
TY - BOOK
T1 - Molekularbiologische und physiologische Analyse des Oligomerisierungsverhaltens von humanen Connexinen
AU - Schadzek, Patrik Klaus
N1 - Dissertation
PY - 2019
Y1 - 2019
N2 - Für multizelluläre Organismen ist die Zell-Zellkommunikation lebensnotwendig, die durch Gap Junctions zwischen benachbarten Zellen innerhalb eines Gewebes vermittelt wird. Connexine, die die Untereinheit von Gap Junction-Kanälen bei Vertebraten bilden, sind somit maßgeblich für die Organfunktionalität verantwortlich, indem sie die einzelnen Zellen zu einer physiologischen Einheit vereinen. Die Funktionalität der Gap Junction-Kanäle ist von der Oligomerisierung der Connexin- Untereinheiten, wovon beim Menschen bisher 21 verschiedene Isoformen bekannt sind, abhängig. In dieser Arbeit wurde das Oligomerisierungsverhalten von Connexinen, sowohl in Hinblick auf das Hexamerisieren von sechs Connexinen zu einem Connexon (Halbkanal), als auch in Hinblick auf das Docking von zwei Connexonen zu einem Gap Junction-Kanal, analysiert. Ausgehend von der Mutation N188T des humanen Connexin46 (hCx46), welche mit einer Kataraktbildung assoziiert ist, wurden die strukturellen und funktionellen Konsequenzen dieses Aminosäureaustauschs untersucht. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass die Mutation N188T das Docking der Connexone stört, da durch die Mutation die benötigte Stabilisierung des Gap Junction-Kanals über ausreichend viele Wasserstoffbrückenbindungen nicht mehr möglich ist. Die Aminosäure N188 stellt die Schlüssel- position beim Docking von hCx46 dar. Um auf molekularer Ebene zu untersuchen, wie die Patienten pathophysiologisch betroffen sind, die die Mutation zusammen mit dem Wildtyp hCx46 exprimieren (heterozygot), wäre es wünschenswert, die Anzahl und die stöchiometrische Zusammensetzung mutierter Connexine innerhalb eines Connexons determinieren zu können. Hierfür wurden Connexine konkatemerisiert. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass konkatemerisierte Connexine transportiert und in die Plasmamembran insertiert werden, wo sie funktionale Halbkanäle und Gap Junction-Kanäle bilden können. Durch das Bilden von Konkatemeren, bestehend aus hCx46N188T und dem Wildtyp, in Kombination mit Molekül-Dynamik-Simulationen konnte die postulierte dominant-negative Eigenschaft der Mutation auf das Docking strukturbiologisch bestätigt werden. hCx46N188T reduziert die Anzahl der zwischen den Zellen gebildeten hCx46-Gap Junction-Kanäle und erschwert dadurch die metabolische Homöostase der Linse, was die Katarakt-Bildung begünstigt. Durch diese innovative Herangehensweise der Connexin-Konkatemerisierung eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Analyse heteromerer Connexone und heterotypischer Gap Junction- Kanäle mit einer definierten Stöchiometrie. Homodimere und heterodimere Konkatemere, bestehend aus hCx46 und hCx26, wurden im Vergleich zu den beiden Monomeren in Zellen exprimiert und auf ihre physiologischen Eigenschaften untersucht. Die heterodimeren Kanäle wiesen einzigartige Kanaleigenschaften auf, die von denen der homodimeren Kanäle abwichen, was weitere Hinweise auf die postulierte Spezifizierung von Connexonen durch Heterooligomerisierung gibt. Eine weitere Analyse stöchiometrisch spezifischer heteromerer Kanäle mit dieser Methode ist somit sehr vielversprechend.
AB - Für multizelluläre Organismen ist die Zell-Zellkommunikation lebensnotwendig, die durch Gap Junctions zwischen benachbarten Zellen innerhalb eines Gewebes vermittelt wird. Connexine, die die Untereinheit von Gap Junction-Kanälen bei Vertebraten bilden, sind somit maßgeblich für die Organfunktionalität verantwortlich, indem sie die einzelnen Zellen zu einer physiologischen Einheit vereinen. Die Funktionalität der Gap Junction-Kanäle ist von der Oligomerisierung der Connexin- Untereinheiten, wovon beim Menschen bisher 21 verschiedene Isoformen bekannt sind, abhängig. In dieser Arbeit wurde das Oligomerisierungsverhalten von Connexinen, sowohl in Hinblick auf das Hexamerisieren von sechs Connexinen zu einem Connexon (Halbkanal), als auch in Hinblick auf das Docking von zwei Connexonen zu einem Gap Junction-Kanal, analysiert. Ausgehend von der Mutation N188T des humanen Connexin46 (hCx46), welche mit einer Kataraktbildung assoziiert ist, wurden die strukturellen und funktionellen Konsequenzen dieses Aminosäureaustauschs untersucht. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass die Mutation N188T das Docking der Connexone stört, da durch die Mutation die benötigte Stabilisierung des Gap Junction-Kanals über ausreichend viele Wasserstoffbrückenbindungen nicht mehr möglich ist. Die Aminosäure N188 stellt die Schlüssel- position beim Docking von hCx46 dar. Um auf molekularer Ebene zu untersuchen, wie die Patienten pathophysiologisch betroffen sind, die die Mutation zusammen mit dem Wildtyp hCx46 exprimieren (heterozygot), wäre es wünschenswert, die Anzahl und die stöchiometrische Zusammensetzung mutierter Connexine innerhalb eines Connexons determinieren zu können. Hierfür wurden Connexine konkatemerisiert. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass konkatemerisierte Connexine transportiert und in die Plasmamembran insertiert werden, wo sie funktionale Halbkanäle und Gap Junction-Kanäle bilden können. Durch das Bilden von Konkatemeren, bestehend aus hCx46N188T und dem Wildtyp, in Kombination mit Molekül-Dynamik-Simulationen konnte die postulierte dominant-negative Eigenschaft der Mutation auf das Docking strukturbiologisch bestätigt werden. hCx46N188T reduziert die Anzahl der zwischen den Zellen gebildeten hCx46-Gap Junction-Kanäle und erschwert dadurch die metabolische Homöostase der Linse, was die Katarakt-Bildung begünstigt. Durch diese innovative Herangehensweise der Connexin-Konkatemerisierung eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Analyse heteromerer Connexone und heterotypischer Gap Junction- Kanäle mit einer definierten Stöchiometrie. Homodimere und heterodimere Konkatemere, bestehend aus hCx46 und hCx26, wurden im Vergleich zu den beiden Monomeren in Zellen exprimiert und auf ihre physiologischen Eigenschaften untersucht. Die heterodimeren Kanäle wiesen einzigartige Kanaleigenschaften auf, die von denen der homodimeren Kanäle abwichen, was weitere Hinweise auf die postulierte Spezifizierung von Connexonen durch Heterooligomerisierung gibt. Eine weitere Analyse stöchiometrisch spezifischer heteromerer Kanäle mit dieser Methode ist somit sehr vielversprechend.
U2 - 10.15488/4685
DO - 10.15488/4685
M3 - Dissertation
CY - Hannover
ER -