FEBRUAR 2019 – Ein Eiweiß, das vor den Folgen des Schlaganfalls schützt

Abstract

Phosphatase and tensin homolog (PTEN) signalling might influence neuronal survival after brain ischemia. However, the influence of the less studied longer variant termed PTEN-L (or PTENα) has not been studied to date. Therefore, we examined the translational variant PTEN-L in the context of neuronal survival. We identified PTEN-L by proteomics in murine neuronal cultures and brain lysates and established a novel model to analyse PTEN or PTEN-L variants independently in vitro while avoiding overexpression. We found that PTEN-L, unlike PTEN, localises predominantly in the cytosol and translocates to the nucleus 10-20 minutes after glutamate stress. Genomic ablation of PTEN and PTEN-L increased neuronal susceptibility to oxygen-glucose deprivation. This effect was rescued by expression of either PTEN-L indicating that both PTEN isoforms might contribute to a neuroprotective response. However, in direct comparison, PTEN-L replaced neurons were protected against ischemic-like stress compared to neurons expressing PTEN. Neurons expressing strictly nuclear PTEN-L NLS showed increased vulnerability, indicating that nuclear PTEN-L alone is not sufficient in protecting against stress. We identified mutually exclusive binding partners of PTEN-L or PTEN in cytosolic or nuclear fractions, which were regulated after ischemic-like stress. GRB2-associated-binding protein 2, which is known to interact with phosphoinositol-3-kinase, was enriched specifically with PTEN-L in the cytosol in proximity to the plasma membrane and their interaction was lost after glutamate exposure. The present study revealed that PTEN and PTEN-L have distinct functions in response to stress and might be involved in different mechanisms of neuroprotection.

Interview

Im Februar erhielten Magdalena Jochner, Christoph Harms und ihr Team die Auszeichnung Paper of the Month.

Ihr Interesse gilt einem Molekül namens PTEN-L. Was ist das für ein Protein und warum interessieren Sie sich dafür?

PTEN-L ist eine Variante des bekannten Tumorsuppressors PTEN und L steht für ‚long‘. Durch ein alternatives Startcodon wird ein um 173 Aminosäuren längeres Protein gebildet. Sowohl PTEN als auch diese jüngst beschriebene Variante spielen in Neuronen während der Entwicklung, aber auch bei Erkrankungen wie dem Schlaganfall als Sensor und Modulator intrazellulärer Signalkaskaden eine wichtige Rolle. In Nervenzellen liegen PTEN und PTEN-L dabei in Komplexen mit anderen Proteinen vor, die nach einer Erhöhung von extrazellulärem Glutamat oder auch nach Substratmangel von Sauerstoff und Glukose innerhalb von Minuten ihre Zusammensetzung, Lokalisation und Funktion verändern können. Wir vermuten, dass sich Nervenzellen durch diesen Mechanismus an Stressreize anpassen können und veränderte metabolische Bedingungen, die bei einem Schlaganfall im Nervengewebe vorliegen, besser kompensiert werden können.

Was haben Sie in Ihrer aktuellen Arbeit über die Rolle von PTEN-L beim Schlaganfall herausgefunden?

In dieser Studie haben wir nach Unterschieden und Gemeinsamkeiten von PTEN und PTEN-L gesucht. Dabei zeigte sich, dass PTEN-L in einem Zellkulturmodell Neuronen besser vor den Folgen des Schlaganfalls schützt als PTEN. Schon nach Minuten änderte sich die Lokalisation von PTEN-L innerhalb der Zelle und es zeigte sich, dass diese dynamische Translokation wichtig für den Schutz der Neuronen war. In Zusammenarbeit mit der Proteomics Core Facility des BIH konnten wir zeigen, dass in den subzellulären Kompartimenten der Neuronen (Zytoplasma versus Kern) unter normalen oder stimulierten Bedingungen spezifische Proteinkomplexe mit PTEN bzw. PTEN-L nachweisbar waren. Derartige Unterschiede zwischen den Varianten PTEN und PTEN-L waren zuvor nicht bekannt und untersucht worden.

Hat das eine Bedeutung für die Behandlung von Schlaganfall-Patienten?

Die Behandlung des akuten ischämischen Schlaganfalls muss vor allem schnell erfolgen. Jede Minute zählt, um eine Mangeldurchblutung und damit irreversible Schäden am Gehirn wieder aufzuheben oder zu verhindern. Oft ist eine schnelle bildgebende Diagnose oder der genaue Beginn der Symptome nicht verfügbar, so dass weltweit nur ca. 10% der Patienten ursächlich behandelt werden können. Die Behandlung besteht in einer Lysetherapie oder Thrombektomie, also der mechanischen Entfernung des Blutgerinnsels in einem engen Zeitfenster.

Wir untersuchen evolutionär konservierte Fähigkeiten des Gehirns, Widerstand gegen Sauerstoff- und Glukosemangel zu leisten. Diese Resilienz wird schon während des Geburtsvorgangs benötigt. PTEN-L ist Teil dieses Repertoires, das unser Gehirn schützt. Bis zur Entwicklung von Medikamenten, die diese Signalkaskaden beeinflussen, müssen wir aber zunächst verstehen, was in den Nervenzellen geschieht. Ein besonders interessanter Kandidat ist Gab2, ein Protein, das wir durch unseren Screen im Komplex mit PTEN-L identifiziert haben.

Wie geht es jetzt weiter?

Wir untersuchen im Moment, wie der neu entdeckte Komplex von PTEN-L und Gab2 im Schlaganfall reguliert wird. Möglicherweise ist Gab2 eine zentrale Relaisstation in Neuronen, die bisher in dem Kontext nicht untersucht wurde. Wir möchten herausfinden, wie die genaue Interaktion von PTEN-L mit Gab2 aussieht. Außerdem interessiert uns, ob sich eine Gendosisreduktion von Gab2 auf die Lokalisation von PTEN-L auswirkt und das Überleben der Neuronen beeinflusst. Erst wenn wir diese Veränderungen mittels hochauflösender Mikroskopieverfahren in der AMBIO Core Facility und funktioneller Tests verstanden haben, möchten wir die Übertragbarkeit auf den menschlichen Schlaganfall untersuchen.