CDC42 und Tangier-Erkrankung

Die bekannten Funktionen von CDC42 in der Regulation des Zytoskeletts, der Rezeptor-vermittelten Signaltransduktion, des vesikulären Transports und des Zellwachstums korrelieren auffallend mit den zellulären und funktionalen Störungen in der Tangier-Erkrankung. Tangierfibroblasten zeigen in Zellkultur die folgenden Abnormalitäten:

• ein reduziertes Wachstum und einen G2/M-Phasen Arrest,

• gestörte Lipoprotein-induzierte Signaltransduktion, gestörte Aktivierung der PI-PLD und PLC,

• gestörter vesikulärer Transport, reduzierter HDL-vermittelter Cholesterin-Efflux, gestörter Spingolipid-Transport,

• Dilatation des trans-medial Golgi,

• Zytoskelett Anomalie, vergrößerte Zelloberfläche,

• erhöhter Ceramid- und cAMP-Spiegel.

All diese zellulären Störungen lassen sich mit der zellulären Signaltransduktion von CDC42 in Beziehung setzen. CDC42 fungiert somit hypothetisch als Signaltransduktor für eine Vielzahl in Tangier gestörter Zellprozesse.

Wenn man CDC42 im Modell als zentrale Schaltstelle darstellt, so würde folgende Darstellung die Beziehung zwischen der Tangier-Erkrankung und den Funktionen von CDC42 wieder geben.

Diskussion 134

CDC42

Abb. 44: Potentielle Beziehung zwischen den Funktionen von CDC42 und den zellulären Störungen in der Tangier-Erkrankung

Es konnte von Walter et al. [Walter et al. (1996)] durch Untersuchungen an Fibroblasten gezeigt werden, dass die normale Signaltransduktionskaskade [Moellers et al. (1995)]

nach Einwirkung von HDL3 auf Tangier-Zellen gestört ist. Sowohl die PI-PLC als auch die PC-PLD wird durch HDL3 in Tangier-Fibroblasten geringer als in Kontroll-Zellen induziert. Bei Untersuchungen mit einem DAG-Analogon, welches potent die PKC aktiviert, konnte gezeigt werden, dass diese Stimulation eine deutliche Steigerung des Cholesterin-Effluxes zur Folge hat. Dies führte zu der Arbeitshypothese, dass die defekte PI-PLC-vermittelte Signaltransduktion mit verringerter PKC-Aktivierung in Tangier eine zentrale Rolle für die Reduktion im Lipid-Efflux darstellt [Rogler et al.

(1995)]. Zusätzlich ist in Tangier-Fibroblasten die PC-PLD deutlich geringer induziert.

Die pharmakologische Substanz Propanolol konnte ebenfalls den HDL3-vermittelten

Efflux von Cholesterin normalisieren. Propanolol steigert die intrazelluläre PA-Konzentration. PA besitzt im Zusammenspiel mit PIP2 eine wichtige Rolle bei der

Vesikelbildung am Golgi. Ebenfalls scheint DAG für eine ungestörte Vesikelbildung essentiell zu sein. Diese Befunde weisen auf eine in Tangier gestörte Vesikelbildung am Golgi hin, die mit dem reduzierten intrazellulären Transport von Cholesterin in direktem Zusammenhang steht. Wie beschrieben, besitzt CDC42 mit ARF eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung der PLD und der nachfolgenden Vesikelbildung. Hier wird die erste funktionelle Beziehung zwischen CDC42, der defekten Signaltransduktion und dem gestörten vesikulären Transport in Tangier deutlich.

Diskussion 135 Bekannt ist weiterhin, dass CDC42 eine Rolle in der Regulation des Zellzyklus spielt.

Die Injektion der aktiven Form von CDC42 in 3T3-Fibroblasten stimuliert die Zellzyklus-Progression in der G1-Phase und die nachfolgende DNA-Synthese. Die dominant negative Form des Proteins blockiert hingegen die Serum-induzierte DNA-Synthese [Olson et al. (1995)]. Der Eintritt in die S-Phase von ruhenden, kultivierten Zellen ist abhängig von der Phosphorylierung des Retinomablastoma-(Rb)-Gen Produkts pRb, welches anschließend den Transkriptionsfaktor E2F aktiviert. Weiterhin ist die Aktivierung vom Cyclin-abhängigen Kinase-Pathway abhängig. Die Cyclin D-Expression wiederum wird durch CDC42 reguliert. Es wird kontrovers diskutiert, ob CDC42 transkriptionell oder posttranskriptionell die Cyclin D-Expression reguliert [Marshall (1999); Guo and Hay (1999)].

In Tangier-Fibroblasten kann neben der veränderten Morphologie ein vermindertes Wachstum nachgewiesen werden. Die reduzierte Proliferation ist bedingt durch eine verminderte Ansprechbarkeit auf mitogene Stimuli und ist nicht auf bestimmte Wachstumsfaktoren beschränkt [Drobnik et al. (1999)]. Die erhobenen Daten sprechen entweder für eine Inhibition mitogener Signale auf der Post-Rezeptorebene oder für einen Defekt in den Zellteilungsmechanismen selbst. Ein deutlich erhöhter Anteil von Tangier-Fibroblasten arretiert in der G2/M-Phase des Zellzyklus. Zellen, die sich in der G2/M-Phase befinden, sind gegenüber den anderen Zellen deutlich vergrößert, was mit der im Durchschnitt erhöhten Zelloberfläche der Tangier-Fibroblasten zusammenhängt [Drobnik et al. (1999)]. Monensin, ein Na⁺-Ionophor, der allgemein als Inhibitor der Golgi-Funktion bekannt ist, verursacht in Kontrollzellen einen Anstieg in der G2/M-Phase bei gleichzeitiger Reduktion in der S-G2/M-Phase. Diese Induktion eines Tangier-Phänotyps in Kontrollzellen, legt die Vermutung nahe, dass die Wachstumsarretierung bei Tangier-Fibroblasten mit einer gestörten Golgi-Funktion zusammenhängt. Ein Indiz dafür ist, dass Fibroblasten und MNPs von Tangier-Patienten eine Dilatation der Trans-Golgi-Zisternen aufweisen, die eine typische morphologische Veränderung darstellt.

Monensin verursacht nicht nur diese morphologische Veränderung der Golgi-Dilatation, sondern inhibiert die Retroendozytose von HDL [Kambouris et al.(1990)], den Transport von neu synthetisiertem SPM und GluCER [Madison and Howard (1996)] und in Kontroll-Fibroblasten eine Verminderung des HDL3-vermittelten Lipid-Effluxes.

In Tangier-Fibroblasten ist zudem die Ceramid-Konzentration zweifach erhöht. Ceramid ist als negativer Regulator des Zellwachstums beschrieben und induziert in Zellen ebenfalls eine Dilatation des trans-Golgi [Linardic et al. (1996)]. Außerdem ist Ceramid als Negativ-Regulator der PLD beschrieben. Ceramid induziert seinen Effekt auf das

Diskussion 136 Zellwachstum über die Dephosphorylierung des Retinomablastoma (Rb)-Gen Produkts.

Gerade in diesen Prozess ist CDC42 als Signaltransduktor involviert. In diesem Kontext bleibt zu erwähnen, dass CDC42 in Hefe für den G2/M-Phasen-Übergang verantwortlich ist, so dass eine verminderte Expression von CDC42 in die Störung des Wachstums und des Zellzyklus in Tangier involviert sein könnte.

Für die Integrität des Golgi und dem vesikulären Transport vom Golgi ist, zusammen mit den Strukturelementen, CDC42 Teil des Multi-Protein-Komplexes, der für den intrazellulären Protein- und Phospholipidtransport verantwortlich ist. Weitere Proteine, die in diesen Prozess involviert sind, wie die Gi-Proteine, die ARF-Proteine und das PI-TP, zeigen in Tangier eine normale Expression ihrer Transkripte, so dass angenommen werden kann, dass die gestörte Signaltransduktion in Tangier nicht in strukturellen Defekten, sondern in einer veränderten Regulation begründet ist [Drobnik et al. (1999)].