English Title: Functional analysis of Dendrin : cell biological experiments and inactivation of the murine Dendrin gene

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Abstract

Dendrin ist ein Protein von 707 Aminosäuren, das in Säugern von erregenden Prinzipalneuronen der Großhirnstrukturen (Großhirnrinde, Hippokampus, Amygdala, Striatum) exprimiert wird. Die mRNA, die für Dendrin kodiert, wird in die Dendriten der Neuronen transportiert. Wie bei den wenigen anderen bekannten dendritischen mRNAs nimmt man auch für Dendrin mRNA an, daß der mRNA-Transport in die Dendriten erfolgt, um auf spezifische synaptische Signale hin lokal Protein herzustellen. Die Funktion von Dendrin ist bislang unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden über homologe Rekombination in embryonalen murinen Stammzellen Mäuse hergestellt, die Dendrin nicht mehr exprimieren. Diese Dendrin-defizienten Tiere zeigten allerdings kein auffälliges Erscheinungsbild und trugen somit zum Verständnis der Funktion Dendrins leider nicht viel bei. Um dennoch funktionelle Information über Dendrin zu erhalten, wurden Vektoren zur Expression von EGFP-markiertem Dendrin hergestellt. Durch Transfektion dieser Vektoren in verschiedenen eukaryontischen Zellinien konnte die zelluläre Verteilung des Proteins mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie verfolgt werden. Es wurde beobachtet, daß Dendrin in den Zellkern transportiert wird. Dies konnte durch die Anwesenheit einer Kernlokalisierungssequenz in Dendrin, die von einem Computerprogramm vorhergesagt wurde, erklärt werden. Durch Expression von EGFP-markierten Teilkonstrukten Dendrins konnte die für den Kerntransport verantwortlichen Sequenzen eingeengt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß das Dendrin-Protein einem vesikulären Transport zwischen Soma und Zellperipherie unterliegt, an dem wahrscheinlich Mikrotubuli und das Motorprotein Dynein beteiligt sind. Diese Ergebnisse unterstützen ein Modell, nach dem Dendrin in Dendriten von Neuronen lokal translatiert, anschließend als komplettes Protein oder als trunkiertes Produkt in den Kern transportiert wird, wo es dann vermutlich an einem genregulatorischen Prozess beteiligt ist.

Translation of abstract (English)

Dendrin is a protein consisting of 707 amino acids which is expressed in excitatory principal neurons of forebrain structures in mammals (neocortex, hippocampus, amygdala, striatum). The mRNA that codes for dendrin is transported to dendrites of neurons. The dendrin mRNA -as the few other known dendritic mRNAs- is believed to be localized to dendrites, because there it could be locally translated into the protein after the reception of special synaptic signals. The function of dendrin is not known so far. For this doctoral thesis mice were produced by homologous recombination of embryonic murine stem cells which do not express dendrin any longer. These dendrin-deficient animals do not show any apparent phenotype and therefore could not contribute to the understanding of the physiological function of dendrin. In order to obtain further information about the function of dendrin vectors for the expression of EGFP-marked dendrin were produced. After the transfection of these expression vectors into several eucaryotic cell lines the cellular distribution of the protein could be observed by fluorescence microscopy. It could be shown that dendrin is transported to the nucleus. This result could be explained by the presence of a nuclear localisation signal in the primary structure of dendrin which had been predicted by a computer programme (amino acids 113 - 131). The sequences responsible for the nuclear localization could be identified by the expression of EGFP-marked fragments of dendrin. Additionally it could be shown that dendrin is subjected to a vesicular transport process which is dependent of the microtubule network and of the motor protein dynein. These results support a model that comprises the local translation of dendrin in the dendrites of neurons and the subsequent transport of the complete protein or a truncated version to the nucleus where it might contribute to gene regulation.