Bedeutung von HspB5 und dessen Phosphorylierung bei Staurosporin-induzierter Apoptose in C6-Gliomzellen und bei der Hitzeschock-induzierten Rarefizierung des Dendritenbaums in hippocampalen Neuronen

Abstract

Zusammenfassung Die endogene Stressantwort der Zellen beinhaltet die Hochregulation von Hitzeschockprotein B5 (HspB5), dass die Toxizität denaturierter Proteine durch die typische chaperon-ähnliche Funktion verringert und protektiv auf die Zelle wirkt. Die Funktion von HspB5 wird über Phosphorylierung an Serin 19, 45 und 59 reguliert. Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung der Phosphorylierung von HspB5 in Nervengewebe zu untersuchen. Im ersten Teil der Ar-beit wurde der Effekt der Phosphorylierung auf die antiapoptotische Funktion von HspB5 in Gliazellen untersucht, im zweiten Teil die Auswirkung auf die Komplexität des Dendriten-baums in Neuronen. Um die Phosphorylierung zu untersuchen, wurden die drei Serine mit-tels ortsspezifischer Mutagenese durch Alanin (A) oder Glutaminsäure (E) ersetzt. Mit dem negativ geladenen Carboxylrest der Glutaminsäure wird eine Phosphorylierung simuliert. An Alanin kann dagegen keine Phosphorylierung stattfinden, sodass der unphosphorylierte Zu-stand simuliert wird. Es wurden acht HspB5-Mutanten (HspB5-E/E/E, -E/E/A, -E/A/E, -A/E/E, -E/A/A, -A/A/E, -A/E/A und -A/A/A) verwendet und mittels eines lentiviralen Ex-pressionssystems in C6-Gliomzellen oder in kultivierten hippocampalen Neuronen überex-primiert. Zur Untersuchung des antiapoptotischen Effekts von HspB5 in der C6-Gliomzelllinie wurde Staurosporin verwendet und die Apoptose mit dem sogenannten TdT-mediated dUTP-biotin Nick End Labeling (TUNEL-Methode) quantifiziert. Die Inkubation mit 200 nM Staurosporin für 24 h, induzierte eine Apoptoserate 18,23 % ± 3,06 %. Ein pro-tektiver Effekt durch HspB5 und seiner Phosphorylierung, konnte in diesem Apoptosever-such, entgegen der Literatur, nicht bestätigt werden. Es ist bekannt, dass HspB5 in kultivier-ten Neuronen die Komplexität des Dendritenbaums erhöht. Um zu untersuchen, ob HspB5 unter Stressbedingungen einer Rarefizierung der Dendriten entgegenwirkt, wurden zunächst Stressbedingungen etabliert, die zu einer Reduktion der dendritischen Verzweigung führen. Ein Hitzeschock von 43 °C für 30 min konnte den Dendritenbaum signifikant reduzieren. Eine Überexpression von HspB5 wirkte diesem Prozess entgegen. Ebenso zeigte sich ein protektiver Effekt auf den Dendritenbaum bei Überexpression der HspB5-Mutanten, die eine Phosphorylierung an Serin 45 und/oder 59 simulierten, so dass daraus geschlossen werden kann, dass eine Phosphorylierung an Serin 45 und 59, nicht aber an Serin 19, für die dendri-tische Funktion von HspB5 von Bedeutung ist. Interessanterweise hat auch die nicht phos-phorylierbare Form HspB5-A/A/A einen mit dem wildtyp HspB5 vergleichbar protektiven Effekt. Das bedarf weiterer Untersuchungen. In dieser Arbeit konnte somit ein neuer Wirk-mechanismus von HspB5 identifiziert werden, nämlich die Protektion des Dendritenbaums vor Hitzeschock-induzierter Rarefizierung. Möglicherweise kann HspB5 auch bei anderen Stressarten protektiv auf die Morphologie des Dendritenbaums wirken, z.B. bei neurodege-nerativen Erkrankungen. Dabei könnte eine Hochregulation von HspB5 die Rarefizierung des Dendritenbaumes und die Progredienz des Substanzverlustes verlangsamen und durch diese neue dendritische Funktion bei Morbus Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen eine protektive Rolle einnehmen und als Zielstruktur für therapeutische Ansätze dienen.