Analysis and suppression of mutant presenilin sel-12 in Caenorhabditis elegans [Elektronische Ressource] / von Stefan Eimer

Eimer, Stefan

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• Publié le: 01 janvier 2003
• Nombre de lectures: 14
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades
der Fakultät für Chemie und Pharmazie
der Ludwig-Maximilians-Universität München






Analysis and suppression of mutant presenilin sel-12
in Caenorhabditis elegans








von

Stefan Eimer

aus

Kronach




2003



Erklärung

Diese Dissertation wurde im Sinne von § 13 Abs. 3 bzw. 4 der Promotionsordnung vom
29. Januar 1998 von Herrn Prof. Dr. Ralf Baumeister betreut.





Ehrenwörtliche Versicherung

Diese Dissertation wurde selbständig, ohne unerlaubte Hilfe angefertigt.

München, am 15.01.2003



Stefan Eimer





Dissertation eingereicht am 16. Januar 2003
1. Gutachter: Prof. Dr. Ralf Baumeister
2. Gutachter: Prof. Dr. Michael Meisterernst

Mündliche Prüfung am 02. Juni 2003















FÜR MEINE ELTERN Danksagungen

Herrn Prof. Dr. Ralf Baumeister danke ich für die Vergabe des Themas und die hervor-
ragenden Rahmenbedingungen in seinem Labor. Ferner weiß ich es zu schätzen, daß er mir die
Freiheit gegeben hat, meine eigenen Ideen zu entwickeln und zu testen.

Mein besonderer Dank gilt auch Prof. Dr. Michael Meisterernst für seine vielseitige Hilfe und
Unterstützung, für anregende Diskussionen, die Zeit an gemeinsamen Projekten sowie für die
Erstellung des Zweitgutachtens.

Bei allen gegenwärtigen und ehemaligen Mitarbeitern der Arbeitsgruppe Baumeister bedanke
ich mich für die Zusammenarbeit und Diskussionen. Ein spezieller Dank gilt dem Team der
ersten Stunde Inge, Sascha, Nicole und Roland für ihren Teamgeist und ihre Hilfsbereitschaft.
Mein ganz besonderer Dank gilt Roland Donhauser für seine erstklassige technische
Unterstützung und vielseitige Hilfe, die einen entscheidenden Beitrag zu dieser Arbeit geleistet
haben.
Ferner möchte ich Dr. Inge Röckelein, die hinter meinem Rücken so manche farbenfrohe
Wunder vollbrachte, für ihre Kameradschaft und für die gemeinsame Zeit an Hefe-Projekten
danken.
Dr. Sascha Röhrig gilt mein Dank für stimulierende Diskussionen, seine versierte Hilfe in allen
Computerfragen und die vielen Tore beim "work out". Roland und Sascha sei darüber hinaus
hier noch einmal für ihre ruhige und besonnene Art gedankt, die die allgemeine Stimmung
ungemein positiv und ausgleichend beeinflusste.
Dr. Nicole Wittenburg möchte ich für die Einweisung in die unbekannten Welten der
Verhaltensforschung in C. elegans und für ihre stete Hilfe während und nach der Doktorarbeit
danken.
Melissa Grimm gilt mein Dank für eine gute Zusammenarbeit und für den laborbegleitenden
Englischunterricht.
Dr. Bernard Lakowski möchte ich für die langen und vielseitigen Diskussionen sowie für die
äußerst fruchtbare Zusammenarbeit danken. Ferner danke ich ihm, daß er mir mit seinem
fundierten Rat immer zur Seite stand.
Christine Goebel gilt mein Dank für ihre unkonventionelle Hilfe auf dem Projekt und,
gemeinsam mit Bianca Sperl, für die ordnende Hand, ohne die das Labor so manche Wunder
erlebt hätte. Ihrer beider Einsatz für die "allgemeinen Dinge" gilt meine Hochachtung. Meinen beiden Diplomanden Andreas Böttcher und Ingo Hüser möchte ich für ihre Geduld und
Begeisterungsfähigkeit danken. Es war für mich eine große Ehre einen Teil ihrer Ausbildung
begleitet und mitgestaltet zu haben.

Prof. Dr. Christian Haass und Dr. Harald Steiner danke ich für ihre motivierende
Zusammenarbeit und Diskussionen. Prof. Dr. Christian Haass möchte ich insbesondere dafür
danken, daß er mein Interesse an Presenilinen weckte.

Prof. Dr. Ronald Plasterk und Dr. Henri GAM van Luenen gilt mein Dank für ihre freundliche
Aufnahme in ihrer Arbeitsgruppe und Hilfe während dieser Zeit.

Dr. Bettina Meier danke ich, die Begeisterung an der Forschung mit mir geteilt zu haben sowie
für ihre seelische Unterstützung. Zudem danke ich ihr dafür, mich immer wieder auf den
Boden der Tatsachen zurückgeholt zu haben.

Bei meinen Eltern möchte ich mich für ihr Vertrauen und ihre rückhaltlose Unterstützung
während meiner gesamten Ausbildung bedanken. Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit vom Januar 1998 bis Juli 2002 im Labor von Prof.
Dr. Ralf Baumeister am Genzentrum und am Adolf-Butenandt-Institut der Ludwig-
Maximilian-Universität in München angefertigt.



Im Verlauf dieser Arbeit wurden folgende Veröffentlichungen angefertigt:

Baumeister R and Eimer S (1998)
Amyloid Aggregates, Presenilins, and Alzheimer's Disease
Angew. Chem. Int. Ed. 37 (21): 2978-2982.


Rockelein I, Rohrig S, Donhauser R, Eimer S, Baumeister R. (2000)
Identification of amino acid residues in the Caenorhabditis elegans POU protein
UNC-86 that mediate UNC-86-MEC-3-DNA ternary complex formation.
Mol Cell Biol 20: 4806-4813.


Okochi M, Eimer S, Bottcher A, Baumeister R, Romig H, Walter J, Capell A,
Steiner H, Haass C. (2000) A loss of function mutant of the presenilin homologue sel-12
undergoes abberant endoproteolysis in Caenorhabditis elegans and increased A β42
generation in human cells. J Biol Chem 275: 40925-40932.


Wittenburg N, Eimer S, Lakowski B, Rohrig S, Rudolph C, Baumeister R. (2000)
Presenilin is required for proper morphology and function of neurons in C.elegans.
Nature 406: 306-309.


Eimer S., Donhauser R. and Baumeister R. (2002)
The C. elegans presenilin sel-12 is required for mesodermal pattering and muscle function.
Dev Biol, 251: 178-192.


Eimer S., Lakowski B, Donhauser R. and Baumeister R. (2002)
Loss of spr-5 bypasses the requirement for the presenilin sel-12 by stage-specific
derepression of hop-1.
EMBO Journal 21: 5787-5796.


Lakowski B., Eimer S., Göbel C., Böttcher A., Wagler B. and Baumeister R. (2003)
Two suppressors of sel-12 encode C2H2 zinc finger proteins that regulate presenilin
transcription in C. elegans.
Development 130: 2117-2128.


Yamasaki A., Eimer S., Baumeister R., Haass C. and Steiner H. (2003)
Expression of the C. elegans presenilin spe-4 in human cells: functional implications
for γ-secretase assembly and activity.
in preparation. Contents _____________________________________________________________________________________________________



Summary: II



Chapter I: Introduction 1



Chapter II: Amyloid Aggregates, Presenilins, and Alzheimer's Disease 49



Chapter III: A loss of function mutant of the presenilin homologue SEL-12
undergoes abberant endoproteolysis in Caenorhabditis elegans
and increased A β42 generation in human cells 55


Chapter IV Presenilin is required for proper morphology and function of
neurons in C. elegans 64


Chapter V The C. elegans presenilin sel-12 is required for mesodermal
pattering and muscle function 69


Chapter VI Loss of spr-5 bypasses the requirement for the presenilin
sel-12 by stage-specific de-repression of hop-1 85


Chapter VII Two suppressors of sel-12 encode C2H2 zinc finger proteins
that regulate presenilin transcription in C. elegans 96


Chapter VIII SPE-4, the third presenilin ortholog in C. elegans, is a non
functional presenilin 130


Curriculum vitae 148


Abbreviations 149





I Summary _____________________________________________________________________________________________________
Summary

sel-12 and hop-1 are two C. elegans genes which are structurally and functionally
homologous to the human presenilins, PS1 and PS2. Mutations in the human presenilins
contribute to the majority of familial Alzheimer's disease cases. Work in C. elegans also
revealed that presenilins are involved in Notch signaling as a reduction of sel-12 presenilin
activity is able to suppress the phenotypes associated with lin-12/Notch gain-of-function
mutations. Several lines of evidence suggest that presenilins are an active protease that
mediate the transmembrane cleavage event that releases the LIN-12/Notch intracellular
domain from the membrane. This step is crucial for nuclear Notch signaling. As a
consequence, loss of all presenilin activity, in a sel-12; hop-1 double mutant, causes
phenotypes associated with the complete absence of all Notch signaling in C. elegans.
Loss of sel-12 function in C. elegans leads to a highly penetrant egg-laying defect
(Egl) which resembles the Egl defect present in lin-12 hypomorphic alleles. The inability of
sel-12 mutant animals to lay eggs i