The role of tyrosine phosphorylation during Dscam1 signaling

Erfurth, Maria-Luise

The Drosophila Dscam1 gene can be spliced into thousands of different isoforms, providing the basis for a cell surface code: Each cell expresses a distinct subset of 10-50 isoforms, rendering its surface uniquely recognizable. The importance of Dscam1 for axonal and dendritic patterning has been demonstrated in numerous in vivo assays. However, surprisingly little is known regarding the signaling pathway of the Dscam1 receptor. This dissertation describes my efforts to understand the molecular mechanisms of neuronal self-recognition. My dissertation is divided into three chapters: The first two chapters consist of two published papers to which I have contributed during my time in the neuronal wiring laboratory. They demonstrate that the Dscam1 receptor is indispensable for the axonal patterning of mechanosensory neurons in the ventral nerve cord of the fly. In contrast to its role in uniform dendritic patterning, it is critical to regulate Dscam1 signaling in some sub-compartments of the outgrowing axons. Such spatial regulation of Dscam1 signaling by the novel ligand Slit and tyrosine-phosphorylation allows the formation of complicated neurite patterns. Dscam1 tyrosine phosphorylation is negatively modulated by the receptor tyrosine phosphatase RPTP69D. In chapter 3, I summarize the results of a combination of proteomic screens. They were aimed at unraveling the Dscam1 signaling complex and at identifying tyrosine phosphorylated proteins that are regulated by Dscam1 signaling. These results link the Dscam1 receptor directly to the actin and tubulin cytoskeleton and suggest that the receptor is capable of physically recruiting components of the translational machinery to the membrane. Furthermore, I found the cytoplasmic domain to be associated with components of the cellular endomembrane system, suggesting that receptor internalization might be an important regulatory mode, fine-tuning the signaling response.

Das Drosophila Dscam1-Gen kann in Tausende Isoformen translatiert werden. Diese stellen die Grundlage für einen Zelloberflächencode dar: Jede Zelle exprimiert eine individuelle Kombination von 10-50 Isoformen. Dies verleiht der Zelloberfläche eine einzigartige Identität. Der Belang von Dscam1 für die Bildung von Neuriten-Verzweigungen ist in vivo überzeugend demonstriert worden. Allerdings ist wenig über den Dscam1-Signalweg bekannt. Diese Dissertation dokumentiert meine Bemühungen, die molekularen Mechanismen der neuronalen Selbsterkennung zu verstehen. Meine Dissertation gliedert sich in drei Teile: Die ersten beiden Teile umfassen zwei bereits publizierte Studien, zu denen ich als Autorin beigetragen habe. Diese zeigen, dass Dscam1 unentbehrlich für die Bildung axonaler Verzweigungen von mechanosensorischen Neuronen in der ventralen Nervenschnur der Fliege ist. Im Gegensatz zur Bildung gleichmäßiger dendritischer Muster ist es wichtig, das Dscam1-Signal in Unterregionen des auswachsendenden Axons zu regulieren. Nur wenn solch eine lokale Kontrolle des Dscam1 Signalweges durch den neu identifizierten Liganden Slit und Tyrosin-Phosphorylierung gewährleistet ist, können sich komplexe axonale Verzweigungen bilden. Die Phosphorylierung des Dscam1-Rezeptors wird durch die Rezeptor-Tyrosin-Phosphatase RPTP69D negativ reguliert. Der dritte Teil meiner Dissertation befasst sich mich mit proteomischen Experimenten. Sie waren darauf ausgerichtet Proteine zu identifizieren, die auf ein Dscam1-Signal mit der Veränderung ihres Phosphorylierungs-Status reagieren. Aus den Ergebnissen lässt sich eine direkte Verbindung zwischen Dscam1 und dem Zytoskelett ableiten. Sie legen des weiteren nahe, dass der Rezeptor auch Komponenten der Translationsmaschinerie an die Membran rekrutiert. Die Assoziation von Dscam1 mit Vesikelkomponenten legt auch nahe, dass Endozytose ein wichtiger Modus der feinabgestimmten Signalregulierung sein könnte.

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Erfurth, Maria-Luise: The role of tyrosine phosphorylation during Dscam1 signaling.

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