Catherine Marie Engelhardt

• The subject of this thesis was the cloning and the initial biochemical and functional characterisation of novel human proteins with an N-terminal Ena-VASP homology (EVH)-1 domain and a C-terminal Sprouty homologous region (SPR), which are related to the Drosophila AE33 protein. During the course of this work, three mouse homologues of the AE33 fly protein have been reported and termed Sprouty-related protein with an EVH-1 domain 1, 2 and 3 (Spred-1, -2, -3)(Wakioka et al, 2001; Kato et al, 2003). Spred-1, -2 and -3 are membrane associatedThe subject of this thesis was the cloning and the initial biochemical and functional characterisation of novel human proteins with an N-terminal Ena-VASP homology (EVH)-1 domain and a C-terminal Sprouty homologous region (SPR), which are related to the Drosophila AE33 protein. During the course of this work, three mouse homologues of the AE33 fly protein have been reported and termed Sprouty-related protein with an EVH-1 domain 1, 2 and 3 (Spred-1, -2, -3)(Wakioka et al, 2001; Kato et al, 2003). Spred-1, -2 and -3 are membrane associated substrates of receptor tyrosine kinases and they act as negative regulators of the Ras pathway during growth factor stimulation. As the Spred-family members seem to exert similar functions, the specific function of each member remains enigmatic. Therefore, we investigated the mRNA and protein expression patterns of the two murine protein family members Spred-1 and Spred-2 on the whole organ level. Furthermore, we focussed on the cellular localisation and the role of human and murine Spred-2 in the organism. The expression patterns of Spred-1 and Spred-2 differed markedly among various tissues and cell types. In mouse, Spred-1 is abundantly expressed in adult brain, cerebellum, and fetal tissues, whereas Spred-2 was ubiquitously expressed. In humans, Spred-2 was found to be strongly expressed in glandular epithelia and in invasive cytotrophoblasts, and at the subcellular level its immunoreactivity was associated with secretory vesicles and was found to colocalise with Rab11 GTPase. The new human Spred gene family was investigated in detail. Cloning of the fulllength form of human Spred-2 resulted in an 1254 bp coding sequence, corresponding to a 418 amino-acids protein. Immunoblotting with a set of affinitypurified antibodies confirmed the expression of a 47 kDa protein and suggested the presence of additional differently sized variants. Cloning of various shortened Spred- 2 mRNAs and identification of 2 additional human Spred genes (localised on different chromosomes) with their respective EST (expressed sequence tag) revealed that the new human Spred gene family displays extensive splicing, leading to the generation of short and long Spred proteins. All protein isoforms and splicing variants contain an EVH1-domain located at the N-terminus of the protein. The full-length forms (“a” forms) comprised the SPR, another functional domain localised at the C-terminus whereas the short variants (Spred-1b, 2 c-e, 3 c) lack the entire C-terminal SPR domain or part of it. The existence of short and long splicing variants of Spred-1, -2 and -3 revealed a common principle of organisation and splicing pattern in the Spred family. Functional analyses of the 5 cloned Spred-2 splicing variants revealed differential subcellular localisation and differential regulation of serum- and EGF- mediated ERK activation in HEK-293 cells. Taken together, these results indicate a highly specific expression pattern of Spred-1 and Spred-2 in various tissues suggesting a specific physiological role for the individual Spred isoform in these tissues. For example, Spred-2 appears to be involved in regulating secretory pathways. Furthermore, the human Spred family contains three genes, which are subject to extensive alternative splicing resulting in at least 8 different proteins with differential subcellular localisation and differential regulatory potential of the MAPK pathways during growth factor stimulation.…
• Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Klonierung, sowie die biochemische und funktionelle Charakterisierung der neuen Spred Proteinfamilie, welche sich durch eine N-terminale EVH1-Domäne und C-terminal eine Sprouty homology Domäne (SPR) auszeichnet (Sprouty-related protein with an EVH-1 domain, Spred). Spred-1, -2, -3 sind membranassoziierte Substrate von Rezeptor-Tyrosin-Kinasen und hemmen den Wachstumsfaktor-stimulierten Ras Signalweg. Während für die drei Mitglieder der Spred-Familie ähnliche biochemische Funktionen beschrieben sind,Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Klonierung, sowie die biochemische und funktionelle Charakterisierung der neuen Spred Proteinfamilie, welche sich durch eine N-terminale EVH1-Domäne und C-terminal eine Sprouty homology Domäne (SPR) auszeichnet (Sprouty-related protein with an EVH-1 domain, Spred). Spred-1, -2, -3 sind membranassoziierte Substrate von Rezeptor-Tyrosin-Kinasen und hemmen den Wachstumsfaktor-stimulierten Ras Signalweg. Während für die drei Mitglieder der Spred-Familie ähnliche biochemische Funktionen beschrieben sind, ist bislang deren spezifische physiologische Funktion unbekannt. Wir haben deshalb zunächst die mRNA- und Protein-Expression von Spred-1 und Spred-2 in verschiedenen Organen der Maus untersucht. Zudem haben wir die zelluläre und subzelluläre Lokalisation bestimmt. Dabei zeigte sich, daß sich die Expression der Spred-Isoformen deutlich voneinander unterscheidet. Während Spred-1 stark im Großhirn, Kleinhirn und in fetalen Geweben exprimiert wird, kommt Spred-2 verstärkt in adulten Geweben vor. Beim Menschen konnte zudem gezeigt werden, daß Spred-2 stark in Drüsenepithelien, in Zytotrophoblasten und auf subzellulärer Ebene mit sekretorischen Vesikeln assoziiert war. Das Expressionsmuster der humanen Spred-Proteine wurde im Detail untersucht. Die Klonierung des humanen Spred-2 ergab eine 1254 bp lange kodierende Sequenz, die für ein Protein mit 418 Aminosäuren kodiert. Durch einen Immunoblot mit affinitätsgereinigten Antikörpern bestätigte sich die Expression eines 47 kD großen Proteins, gleichzeitig zeigten sich zusätzliche Varianten des Proteins mit abweichenden Größen. Daraufhin konnten vier kürzere mRNAs für Spred-2 kloniert werden, die durch alternatives Spleißen entstehen. Zudem konnten zwei neue Spred-Gene identifiziert werden, die auf unterschiedlichen Chromosomen lokalisiert sind und die jeweils für mehrere Proteine unterschiedlicher Größe kodieren. Alle Proteinisoformen und Spleißvarianten enthalten eine N-terminale EVH-1-Domäne, während nur die langen Isoformen (“a-Formen”) zusätzlich eine C-terminale SPRDomäne enthalten. Die Untersuchung der Funktion der 5 klonierten Spleißvarianten von Spred-2 ergab eine differentielle subzelluläre Lokalisation. Zudem zeigte sich eine unterschiedliche Regulation der Serum- und EGF-induzierten ERK-Aktivierung durch die verschiedenen Spred-2 Spleißvarianten. Diese Ergebnisse zeigen, daß Spred-1 und Spred-2 ein hochspezifisches Expressionsmuster in verschiedenen Organen aufweisen, ein Befund, der auf eine spezifische funktionelle Rolle der einzelnen Isoformen hindeutet. Die vorliegenden Befunde weisen darauf hin, daß Spred-2 an der Regulation sekretorischer Vorgänge beteiligt ist. Die Mitglieder der humanen Spred Proteinfamilie werden von drei Genen kodiert, durch alternatives Spleißen resultieren hieraus mindestens 8 verschiedene mRNAs. Werden die korrespondierenden Proteine überexprimiert, zeigen sie differentielle subzelluläre Lokalisationen und unterschiedliche Regulation der MAPKinase Aktivität.…