Developmentally-regulated localization and possible functions of HRP-3 in the murine nervous tissue

Abstract

HRP-3 is presented here as a hepatoma-derived growth factor family member that exhibits a unique expression pattern. Its expression is shown here to be restricted to the nervous system from the very early stages in the embryonic life until the adulthood. Interestingly, HRP-3 is restricted to neurons and shows a developmental stage-dependent expression pattern in cortical and sensory neurons both in vivo and in primary culture models prepared from both cell types in vitro. HRP-3 is expressed in the extranuclear compartment in embryonic nervous tissue and almost restricted to the nuclear compartment in the adult mouse nervous tissue. <br /> The second part of this work focused on the possible intracellular and extracellular roles of HRP-3. It was possible to prove that the intracellular level of HRP-3 plays an important role in promoting neurite outgrowth and neuronal cell sprouting. Reducing the intracellular level of HRP-3 in one of the primary cell culture models using synthetic siRNAs against HRP-3 resulted in negative effects on neuronal cell differentiation. This effect was reversed by over-expressing HRP-3 within an inducible neuronal cell model. The nuclear localising signal located in the carboxy terminus (NLS2) of HRP-3 is the one responsible for its nuclear localisation while the nuclear localising signal located in its amino terminus (NLS1) is the one responsible for its neurite outgrowth promoting effect. These effects of HRP-3 are mediated through its interaction with microtubules as shown in studies based partially on this work. <br /> The results also show that extracellular HRP-3 has a positive effect on the differentiation of primary cortical neurons. It is also released by cortical neurons themselves to promote their own survival and differentiation and can protect primary cortical neurons cultured in stressful, supplement-free conditions. <br /> Together, the results point to interesting roles of HRP-3 during the development of the nervous system. This work can be the basis for further interesting studies that may include an explanation of the molecular mechanisms through which it exerts its roles, like detecting the receptor through which HRP-3 signals and the signalling transduction pathways that result in these effects.

Die vorgestellte Arbeit befasst sich mit HRP-3 einem Mitglied der Hepatomaderived growth factor Proteinfamilie (HDGF, LEDGF und HRP1-4). Im ersten Teil wird die differentielle Regulation der HRP-3-Expression in der Maus als Modellorganismus näher beschrieben. Dabei zeigt sich, dass die HRP-3-Expression weitestgehend auf Neurone beschränkt ist. Dabei sind interessanterweise bestimmte Neuronenpopulationen – Körnerzellen des Kleinhirns und Hypothalamus – von der Expression ausgenommen. Darüber hinaus wird in der Arbeit eine interessante Veränderung in der intrazellulären Lokalisation von HRP-3 von einer extranukleären Lokalisation im embryonalen Nervensystem zu einer nahezu vollständig nukleären in der adulten Maus beschrieben. <br /> In zwei Zellkulturmodellen von primären Neuronen kann diese Veränderung der HRP-3-Lokalisation in Vitro nachvollzogen werden. Der zweite Teil der Arbeit ist auf mögliche Funktionen von HRP-3 fokussiert. Da die Mitglieder der HDGF-Proteinfamilie auch sezerniert werden, wird dabei zunächst zwischen Funktionen von intrazellulärem und extrazellulärem HRP-3 unterschieden. Durch die Reduktion der HRP-3-Menge mit Hilfe von kleinen synthetischen RNAs konnte in einem der primären Neuronenmodelle eine Beteiligung von HRP-3 an der Differenzierung der Nervenzellen in Kultur nachgewiesen werden. Eine Überexpression in einem induzierbaren neuronalen Differenzierungsmodell bestätigte diese Beobachtung. In Studien, die teilweise über diese Arbeit hinausgehen, konnte gezeigt werden, dass die Interaktion von HRP-3 mit Komponenten des Zytoskeletts wichtig für diese Funktion von intrazellulärem HRP-3 ist. <br /> Weiterhin zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass extrazelluläres HRP-3 ebenfalls einen positiven Einfluss auf die Differenzierung von Neuronen hat. Darüber hinaus hat das Protein eine starke protektive Wirkung auf diese Zellen unter Kulturbedingungen die suboptimal sind und daher eine Art neuronale Stressbedingung darstellen. <br /> Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser Arbeit auf eine interessante Rolle von HRP-3 während der Entwicklung des Nervensystems hin und bilden die Grundlage für weitere Studien, die die Aufklärung der genauen Mechanismen dieser Wirkungen, wie zum Beispiel mögliche HRP-3-Rezeptoren und Signaltransduktionswege, zum Ziel haben werden.