In vivo and In vitro characterisation of MAP1S function

Das Mikrotubuli assoziierte Protein 1 S (MAP1S) ist das kleinste Mitglied der MAP1 Proteinfamilie in Säugetieren. Im Gegensatz zu MAP1A und MAP1B, die vorwiegend im Nervensystem exprimiert werden, wird MAP1S in vielen verschiedenen Geweben exprimiert, mit dem höchsten Expressionslevel in Gehirn und Testes. Alle MAP1 Proteine werden als Precursor-Proteine translatiert und dann in eine schwere und eine leichte Kette gespalten. Die Spaltung von MAP1S ist gewebespezifisch. Da die leichte Kette der MAP1 Proteine sowohl an Mikrotubuli als auch an filamentöses Aktin binden, stellt MAP1S (sowie alle anderen MAP1 Proteinfamilienmitglieder) wahrscheinlich eine Verbindung zwischen Mikrotubuli und Aktinfilamenten her. Andere potentielle Interaktionspartner von MAP1S (das testisspezifische Protein VCY2, das Fibroblastenwachstumsfaktorrezeptor assoziierte Protein LRPPRC und das Tumorsuppressorprotein RASSF1A) lassen darauf schließen, dass MAP1S während der Spermatogenese, des Chromosomenremodelling, der Zytokinese, der Apoptose und der Tumorentstehung eine große Rolle spielt. Im ersten Teil meiner Dissertation untersuchte ich Interaktionen zwischen MAP1 Proteinen und posttranslationale Veränderungen von MAP1S im Vergleich zu MAP1B und MAP1A. Ich entdeckte, dass alle Mitglieder der MAP1 Familie miteinander heterotypische Komplexe bilden. Die Proteine interagieren wahrscheinlich über konservierte Domänen miteinander. Im Gegensatz zu MAP1B verändert eine potentielle Nitrosylierung von MAP1S nicht die Fähigkeit von MAP1S an Mikrotubuli zu binden. Außerdem wird MAP1S im Gegensatz zu MAP1B nicht N-ε-Lysin-azetyliert. Im zweiten und wichtigsten Teil meiner Dissertation habe ich die funktionelle Rolle von MAP1S in vivo untersucht, indem ich eine Mauslinie etabliert habe, welcher MAP1S fehlt. Da MAP1S ubiquitär exprimiert wird und in Verdacht steht eine Rolle während der Zellteilung zu spielen, entschied ich mich eine konditionelle Knockoutmaus herzustellen um das Risiko der embryonalen Lethalität einer homozygoten MAP1S Deletion zu umgehen. Überraschenderweise fand ich, dass homozygote MAP1S Knockoutmäuse überlebensfähig und fertil sind und keinen offensichtlichen Phenotyp zeigen. Histologische Analysen zeigten keine Abnormalitäten im Gehirn oder in anderen Organen mit Ausnahme von veränderter Organisation der Gallengänge in der Leber in einer der drei untersuchten MAP1S Knockoutmäusen. Kultivierte primäre Neuronen von MAP1S Knockoutmäusen zeigten einen Wechsel von einem zu zwei Axonen pro Zellkörper. MAP1S scheint daher eine Rolle in der Neuritogenese zu spielen. Kultivierte primäre Fibroblasten zeigten, dass MAP1S während des Zellzyklus und der Zellmigration eine bedeutende Rolle spielt.The microtubule associated protein 1 S (MAP1S) is the shortest member of the mammalian MAP1 family of proteins. In contrast to MAP1A and MAP1B, which are predominantly expressed in the nervous system, MAP1S is expressed in a wide range of tissues with the highest protein levels in brain and testis. All MAP1 proteins are synthesized as precursor proteins and then cleaved into a heavy and a light chain. MAP1S is partially cleaved in a tissue specific manner. As light chains of MAP1 proteins bind to both, microtubules and filamentous actin, MAP1S (as all the other members of the family) might act as crosslinker protein between microtubules and actin filaments. Other potential interaction partners of MAP1S (the testis-specific VCY2 protein, the fibroblast growth factor receptor associated protein LRPPRC, and the tumour suppressor protein RASSF1A) suggest functions of MAP1S in spermatogenesis, chromosome remodelling, cytokinesis, apoptosis, and tumourigenesis. In the first part of my thesis I looked at interactions between MAP1 proteins and posttranslational modifications of MAP1S in comparison to MAP1B and MAP1A. I found that all members of the MAP1 family can take part in heterotypic complexes formed between heavy and light chains probably via domains conserved in all three MAP1 members. In contrast to MAP1B, the potential Snitrosylation of MAP1S does not influence its microtubule binding ability. Moreover, MAP1S, unlike MAP1B, is not modified by N-ε-lysine acetylation. In the second and major part of my thesis I investigated the role of MAP1S in vivo by generating MAP1S deficient mice. Since MAP1S is ubiquitously expressed and might play a role in mitosis, I decided to generate conditional knockout mice to avoid the potential embryonic lethality of a homozygous MAP1S deletion. Surprisingly, I found that homozygous MAP1S knockout mice are viable and fertile and show no overt phenotype. Histological analysis showed no obvious abnormalities in brain or other organs, except for a disturbed organisation of bile ducts in the liver in one MAP1S knockout mouse. Cultured MAP1S deficient primary neurons displayed a shift from one to two axons per cell body, indicating a role of MAP1S in neurotigenesis. Cultured fibroblasts revealed a crucial role of MAP1S in cell cycle progression and migration

Heterotypic complex formation between subunits of microtubule-associated proteins 1A and 1B is due to interaction of conserved domains

AbstractThe microtubule-associated proteins MAP1A and MAP1B are related but distinct multi-subunit protein complexes that consist of heavy and light chains. The predominant forms of these complexes are homotypic, i.e. they consist of a MAP1A heavy chain associated with MAP1A light chains or a MAP1B heavy chain associated with MAP1B light chains, respectively. In addition, MAP1A and MAP1B can exchange subunits and form heterotypic complexes consisting of a MAP1A heavy chain associated with MAP1B light chains which might play a role in a transition period of neuronal differentiation. Here we extend previous findings by confirming that heterotypic MAP1B heavy chain-MAP1A light chain complexes also exist in the developing murine brain. We show that these complexes form through interaction of homologous domains conserved in heavy and light chains of MAP1A and MAP1B. Likewise, conserved domains of the MAP1A and MAP1B light chains account for formation of light chain heterodimers. By yeast 2-hybrid analysis we located the light chain binding domain on the heavy chain to amino acids 211–508, thereby defining a new functional subdomain