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Identification of a new binding partner of chicken apolipoprotein A-V

Bauer, Raimund (2009) Identification of a new binding partner of chicken apolipoprotein A-V.
Diplomarbeit, University of Vienna. Fakultät für Lebenswissenschaften
BetreuerIn: Schneider, Wolfgang

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DOI: 10.25365/thesis.3354
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29632.08196.946170-8

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Abstract in English

Triglycerides, cholesterol, and phospholipids are essential components of all known biological systems. They function as energy source and starting point for many metabolic pathways. Therefore, lipid and lipoprotein metabolism are highly regulated processes, which ensure normal embryonic development and maintenance of systemic homeostasis in higher organisms. Lipoproteins function as transport vehicles for water-insoluble nutrients and other essential compounds, such as cholesterol and triglycerides, from their sites of assembly or synthesis via the circulation to peripheral tissues. There, a class of important biological molecules, the cell surface-exposed receptors, which mainly belong to the family of LDL receptor proteins, mediate the uptake of these lipoproteins. In the present study, I particularly focused on the interaction of certain of these receptors with the apolipoprotein moiety of lipoproteins. This interaction is one key step in the underlying functional mechanism by which lipoproteins and the corresponding important nutrients reach the tissues where they are needed. To gain better insights into the apolipoprotein-receptor interactions and their impact on lipid metabolism, these studies were performed in the chicken, a well-established and powerful model organism for lipid and lipoprotein research. One member of the apolipoprotein family with lipoprotein receptor-binding ability was found to be apolipoprotein A-V (apoA-V), discovered in man and mouse in 2001. ApoA-V is a regulator of plasma triglyceride levels, as initially demonstrated using transgenic and gene knockout technologies in the mouse. Many functions have been proposed for this apolipoprotein, but the exact mechanism of how it alters triglyceride homeostasis remains to be clarified. However, human apoA-V was shown to possess the capacity to bind to the LDL receptor-related protein (LRP1), the mosaic receptor LR11, which is also a member of the LDL receptor family, and sortilin, a member of the Vps10p receptor family. The ability of apoA-V to bind to cell surface receptors was also demonstrated in the chicken system. For instance, the major oocyte plasma membrane receptor LR8 binds and internalizes chicken apoA-V (ggapoA-V) into the yolk compartment of the germ cell. Since apoA-V was shown to be a constituent of VLDL and HDL plasma lipoprotein fractions, this process appears to be crucial for the efficient clearance of these particles from the circulation. To gain more insights into the biology of ggapoA-V concerning its receptor-binding ability, several chicken tissues were scanned in order to identify additional interaction partners of ggapoA-V. Using ligand blot analysis, the peripheral membrane protein cubilin, a receptor for various well-studied ligands in mammals, but not yet characterized in chicken, was identified as binding partner of ggapoA-V. The yolk sac, which constitutes an important extraembryonic structure supplying the growing embryo with nutrients, was shown to be a primary site of cubilin expression. The endodermal endothelial cells of the yolk sac, which face the yolk compartment, have been reported to express a specific set of cell surface receptors possessing high endocytic activity. However, detailed molecular mechanisms underlying this transport process are largely unknown. Therefore, the identification of a new receptor involved in endocytic processes as a binding partner of ggapoA-V sheds new light on the delivery of nutrients at the feto-maternal interface. In concert with the facts that (i) ggapoA-V is bound and subsequently endocytosed by LR8 into the growing oocyte, (ii) ggapoA-V is present in the yolk compartment of the germ cell, (iii) the protein can also be detected in the yolk sac, and (iv) ggapoA-V is bound by cubilin most probably present at the surface of endodermal endothelial cells of the yolk sac, the steps constituting the transport pathway of ggapoA-V from the maternal liver to the circulation of the developing embryo have now been defined.

Schlagwörter in Englisch

With the help of molecular biological working techniques it was possible to identify a new binding partner of chicken apolipoprotein A-V in the avian yolk sac.

Abstract in German

Triglyzeride, Cholesterin und Phospholipide sind wichtige Bestandteile aller lebenden Organismen. Diese Substanzen dienen als Energiequelle und Ausgangsmaterial für eine große Anzahl an Stoffwechselvorgängen. Um zu gewährleisten, dass mit dem Lipidstoffwechsel verbundene Prozesse wie Embryonalentwicklung, Steroidhormonbiosynthese und Energiehomöostase problemlos ablaufen können, bedarf es einer komplexen und strikten Regulation dieser Vorgänge. Die Hauptaufgabe von Lipoproteinen besteht im Transport von wasserunlöslichen Stoffen wie Triglyzeriden und Cholesterin aus der Blutbahn in Bereiche des Körpers, an denen sie benötigt werden. Viele Gewebe, die auf die Aufnahme von Lipiden angewiesen sind, produzieren eine hoch konservierte Klasse von Lipoproteinrezeptoren, nämlich jene der Familie der LDL-Rezeptor Proteine. Die meisten dieser Rezeptoren weisen eine hohe Endozytose-Kapazität auf, mit der die Aufnahme der Lipoproteinpartikel erst ermöglicht wird. In der vorliegenden Studie wurde die Interaktion und Bindungsaffinität der Apolipoproteinkomponente der Lipoproteine mit an der Zelloberfläche lokalisierten Rezeptoren genauer untersucht. Als Modellorganismus für die hier durchgeführten Experimente wurde das Huhn (Gallus gallus), ein beliebter Modellorganismus zur Erforschung des Lipidstoffwechsels, herangezogen. Ein Mitglied der Apolipoproteine, die Rezeptorbindungsaktivität aufweisen, ist das erst im Jahr 2001 charakterisierte Apolipoprotein A-V (apoA-V). Im Tiermodell konnte mit apoA-V knock-out und transgenen Mäusen gezeigt werden, dass apoA-V großen Einfluss auf den Plasmatriglyzeridspiegel hat. Funktionelle Studien zeigten ein breites Wirkungsspektrum des Proteins auf, jedoch konnte der exakte Mechanismus mit dem apoA-V den Triglyzeridspiegel beeinflusst noch nicht im Detail aufgeklärt werden. Eine interessante Eigenschaft dieses Apolipoproteins ist seine hohe Bindungsaffinität an die Ligandenbindungsdomäne von Rezeptoren. Im Menschen wurden bis jetzt zwei Rezeptoren der LDL-Rezeptor Familie, LRP1 und LR11, und ein Protein der Vps10p-Rezeptor Familie, Sortilin, als Bindungspartner von apoA-V identifiziert. Diese Rezeptorbindungseigenschaft von apoA-V konnte auch im Huhn bestätigt werden. Der homologe Rezeptor zum menschlichen VLDL Rezeptor, LR8, den Hühner an der Oberfläche ihrer Oozyten exprimieren, bindet das ggapoA-V Protein mit hoher Affinität. Weiters konnte gezeigt werden, dass dieser Rezeptor ggapoA-V in den Oozyten aufnimmt. Da apoA-V ein Bestandteil von VLDL und HDL Lipoproteinfraktionen ist, kann die Rezeptorbindung dieses Proteins als wichtig für das Entfernen von Lipoproteinen aus dem Blutkreislauf und der Aufnahme dieser Partikel in verschiedenste Gewebe angesehen werden. Im Huhn scheint dieser Mechanismus die Aufnahme von Lipoproteinen in den wachsenden Oozyten zu begünstigen. Um mehr über die Rezeptorbindungsaktivität von ggapoA-V zu erfahren, wollten wir neue Bindungspartner von diesem Apolipoprotein ausfindig machen. Im Dottersack, einer extraembryonalen Struktur des Hühnerembryos die den wachsenden Embryo mit Nährstoffen versorgt, konnte ein neuer Interaktionspartner von ggapoA-V detektiert werden. Das isolierte Protein konnte mittels Massenspektroskopie als Cubilin identifiziert werden. Cubilin, ein im Huhn bis jetzt noch nicht charakterisiertes Protein, ist ein peripheres Membranprotein, das häufig an der Oberfläche von Epithelzellen anzufinden ist. Dieses Glykoprotein bindet ein großes Spektrum an Liganden und besitzt eine gut charakterisierte endozytotische Aktivität. Die Entdeckung, dass Cubilin ein Protein des Dottersackes des Huhnes ist, ergänzt die Daten von früheren Studien. Diese zeigten, dass der Dottersack ein spezifisches Set von Rezptoren mit Endozytoseeigenschaften synthetisiert. Da die Transportprozesse, die essenziell für die Ernährung des heranwachsenden Embryos sind, noch nicht im Detail verstanden werden, trägt die Identifizierung von Cubilin als Bindungspartner von ggapoA-V im Dottersack des Huhnes zur Verbesserung des Verständnisses dieser Mechanismen bei. Gemeinsam mit den schon bekannten Details, dass (i) ggapoa-V vom Oozytenrezeptor LR8 gebunden und in die Keimzelle aufgenommen wird, (ii) ggapoA-V im Dotter der Eizelle detektiert werden konnte, (iii) das Protein auch im extraembryonalen Dottersack anwesend ist und (iv) ggapoA-V von Cubilin gebunden wird, sind nun alle Abschnitte des Transportweges von ggapoA-V von seinem Syntheseort in der mütterlichen Leber bis hin zu den Strukturen des heranwachsenden Embryos bekannt.

Schlagwörter in Deutsch

Mit Hilfe molekularbiologischer Arbeitstechniken wurde ein neues Bindungsprotein von Apolipoprotein A-V im Dottersack der Hühner identifiziert.

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Bauer, Raimund
Title: Identification of a new binding partner of chicken apolipoprotein A-V
Umfangsangabe: 96 S.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Lebenswissenschaften
Publication year: 2009
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Schneider, Wolfgang
Assessor: Schneider, Wolfgang
Classification: 42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Number: AC08107483
Item ID: 3354
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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