title: Characterisation of localisation of Prestin (SLC26A5) in membran microdomains
title: Charakterisierung der Lokalisation von Prestin (SLC26A5) in Membran-Mikrodomänen
title: Charakterisierung der Lokalisation von Prestin (SLC26A5) in Membran-Mikrodomänen
Creators: name: Feuer, Anja
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Caveolin
Microdomains
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Mikrodomänen
Äußere Haarzellen , Prestin
Zytoskelett
Outer Haircells , Prestin
Cytoskeleton
Prestin

description: Prestin (SLC26A5; Pres) takes a
      key position for the function of the mammalian inner ear. It
      is the motor protein of the outer hair cells (Zheng et al.
      2000) which generates as an answer to changes in membrane
      potential ultrafast changes in length of the overall OHC
      (Brownell et al. 1985). It is supposed that this as
      electromotility designated process is the base for the
      electromechanical amplification performed from OHC and that
      this mechanism is accountable for the remarkable sensitivity
      of hearing (Liberman et al. 2002). Loss of the OHC
      amplification is the most frequent reason for hearing loss in
      humans. Immunolocalisation of native Pres presents a
      subcellular localisation in the lateral plasma membrane of
      the OHC (Winter et al. 2006). The present study characterises
      the distinctive membrane localisation of the three different
      Pres orthologs from rat (Rattus norvegicus, rPres), zebrafish
      (Danio rerio, zPres) and chicken (Gallus gallus, cPres) in
      heterologous expression systems using high-resolution
      fluorescence microscopy techniques. All analysed Pres
      orthologs showed a membrane staining, but differences in
      their distribution within the membrane. Pres proteins from
      cPres displayed a homogenous distribution. Orthologs from rat
      and zebrafish expressed in a demonstrative manner, they
      localised as punctuated clusters. The internal transmembrane
      domain (TMD) has been identified to act as a molecular
      determinant for the cluster formation. For this reason the
      distribution of Pres was accountable to intrinsic features of
      the TMD portion. Moreover, biophysical properties of the
      plasma membrane influenced the clustering: The distribution
      of Pres depended on cellular cholesterol content and
      temperature. Additionally, specific proteins co-determined
      the distribution of Pres. Microdomain-associated Cav-1
      co-localised with Pres and induced cPres clustering, but was
      not essential for localisation as clusters. Pres clustering
      was strongly cytoskeleton associated as Actin and Map1S spots
      co-localised with Pres clusters. Depolymerisation of Actin
      cytoskeleton partially dissolved the Pres clusters, but
      heterologously expressed Map1S prevented the dissolution.
      Finally, it has been shown biochemically that Actin and Cav-1
      interact with Pres in a cholesterol-dependent manner. In
      conclusion, Pres localises in cholesterol- and
      cytoskeleton-dependent lipid raft-like membrane domains as a
      protein complex with Cav-1, Actin and Map1S. This study
      identified molecular characteristics of Pres membran domains
      and reveals candidates that could organise the motor protein
      of the OHC along the lateral membrane. These candidates could
      be involved in regulating the electromotility.
description: Prestin (SLC26A5; Pres) nimmt eine
      Schlüsselstellung für die Funktion des SäugetierInnenohres
      ein. Es ist das Motorprotein der ÄHZ (Zheng et al. 2000),
      welches in Antwort auf Änderungen des Membranpotenzials
      ultraschnelle Längenänderungen der ÄHZ generiert (Brownell et
      al. 1985). Es wird angenommen, dass dieser als
      Elektromotilität bezeichnete Vorgang die Grundlage des
      elektro-mechanischen Verstärkerprozesses der ÄHZ darstellt
      und für die außerordentliche Sensitivität des Gehörs sorgt
      (Liberman et al. 2002). Der Verlust des Verstärkermechanismus
      der ÄHZ ist die häufigste Ursache von Schwerhörigkeit beim
      Menschen. Immunolokalisationen von nativem Pres zeigen eine
      subzelluläre Lokalisation in der lateralen Plasmamembran der
      ÄHZ (Winter et al. 2006). Die vorliegende Arbeit
      charakterisiert mittels verschiedener hoch auflösender
      FluoreszenzMikroskopie-Techniken die spezifische subzelluläre
      Lokalisation der Pres-Orthologen aus Wanderratte (Rattus
      norvegicus; rPres), Zebrafisch (Danio rerio; zPres) und Huhn
      (Gallus gallus; cPres) im heterologen Expressionssystem. Alle
      Pres-Orthologen offenbarten eine plasmamembran-ständige
      Lokalisation, jedoch Unterschiede in der Membran-Verteilung.
      Pres-Proteine aus Huhn wiesen eine homogene Verteilung auf.
      Die Orthologen aus Zebrafisch und Wanderratte hingegen
      lokalisierten als mikroskopisch sichtbare, fokale Cluster.
      Als eine molekulare Determinante dieser differenziellen
      Lokalisation wurde die TransmembranDomäne (TMD) von Pres
      identifiziert, d.h., die intrinsischen Eigenschaften der TMD
      sind für das Verteilungsverhalten von Pres ursächlich.
      Weiterhin wurde herausgefunden, dass die biophysikalischen
      Bedingungen der Plasmamembran das Clustering ebenfalls
      beeinflussen: So wurde gezeigt, dass die Verteilung von Pres
      vom Cholesterol-Gehalt der Zellen und der Temperatur abhängig
      ist. Darüber hinaus wird die Verteilung von Pres durch
      Proteine mitbestimmt. Das mikrodomänenassoziierte Cav-1
      ko-lokalisierte mit Pres und induzierte einerseits das
      Clustering von cPres, war andererseits aber für die
      Lokalisation als Cluster nicht essentiell. Das
      Pres-Clustering war eng mit dem Zytoskelett assoziiert. So
      ko-lokalisierten Aktin- wie auch Map1S-Punkte mit den
      Pres-Clustern. Eine Depolymerisation des Aktin-Zytoskeletts
      löste die Cluster partiell auf. Heterolog exprimiertes Map1S
      verhinderte diese Auflösung. Biochemisch wurde abschließend
      gezeigt, dass Aktin und Cav-1 mit Pres cholesterol-abhängig
      interagieren. Zusammenfassend liegt Pres bei heterologer
      Expression in cholesterol-reichen und zytoskelettabhängigen
      lipid-raft-artigen Membran-Domänen als Protein-Komplex mit
      Cav-1, Aktin und Map1S vor. Die vorliegende Arbeit
      ermöglichte es, molekularen Eigenschaften der
      Pres-Membran-Domäne zu identifizieren und zeigt Kandidaten
      auf, die das Motorprotein der ÄHZ in der lateralen Membran
      organisieren könnten. Diese Kandidaten können an der
      Regulation der Elektromotilität beteiligt sein.