a homophilic and heterophilic cell adhesion molecule

Der Coxsackievirus- und Adenovirus-Rezeptor (CAR), ein Transmembranprotein der Immunglobulinsuperfamilie mit zwei extrazellulären Ig-Domänen (D1 und D2), wird stark im embryonalen Zentralnervensystem exprimiert. Neben seiner Rolle als Virusrezeptor ist die zellbiologische Funktion im Nervensystem weitestgehend ungeklärt. Aufgrund seiner Lokalisation könnte CAR an der Synaptogenese und dem axonalen Wachstum beteiligt sein. So blockieren Antikörper gegen CAR in vitro die Adhäsion von Neuronen an Glycoproteinen der extrazellulären Matrix (ECM) oder inhibieren das Neuritenwachstum auf Basal- Lamina-Präparationen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass CAR durch direkte Interaktionen seiner extrazellulären Domänen mit ECM-Glycoproteinen wie Fibronektin (FN), Laminin-1, Fibulin-1, Tenascin-R und Agrin die zelluläre Adhäsion und die Ausbildung von Neuriten fördert. Am Beispiel von FN konnte eine Bindung der zweiten Ig-Domäne vom CAR (D2) an das die zweite Heparinbindungsdomäne von FN umfassende Fragment (FN-40-kDa) nachgewiesen werden. Dieses Fragment enthält nicht die Integrinbindungsstelle der sogenannten Zelladhäsionsdomäne von FN. In Zellkulturversuchen zeigte sich, dass es eine Neuriten-fördernde Aktivität besitzt, die verloren geht, sobald CAR-defiziente Neuronen verwendet werden oder neuraler CAR durch anti-CAR- Antikörper blockiert wird. Neben dieser heterophilen Bindungsaktivität ist CAR in der Lage, homophil zu binden. So ist die homotypische Aggregation der CAR- defizienten Neuronen auf FN-40-kDa verringert. CAR-transfizierte NIH 3T3 und CHO Zellen aggregieren stärker als parentale Zellen. Aus Bindungsversuchen ergibt sich, dass CAR über seine extrazelluläre Region direkt an sich selbst bindet, wie es auch bei anderen IgSF-Mitgliedern der Fall ist. Diese Selbstassoziation vom CAR wird durch N-Glycosylierung begünstigt, obwohl auch bakteriell hergestellter extrazellulärer CAR bei hohen Konzentrationen Dimere bildet, wie aus der Kristallstrukturaufklärung hervorgeht. Weitere Bindungsstudien legen nahe, dass es neben einer bereits beschriebenen D1-D1-Wechselwirkung auch zu einer 20mal affineren D1-D2-Wechselwirkung kommt, die eine trans-Homodimerisierung möglich macht. Das zytoplasmatische Segment vom CAR bindet an die Aktin-assoziierten Proteine α Actinin und Profilin-1. Wie Integrine oder Syndecane stellt CAR somit eine Verbindung zwischen der ECM oder CAR benachbarter Zellen und dem Aktin-Zytoskelett her.The coxsackievirus-adenovirus receptor (CAR), a transmembrane protein of the Immunoglobulin superfamily (IgSF) composed of two extracellular Ig domains (D1 and D2), is strongly expressed in the developing central nervous system. Based on its localization it is possibly involved in the formation of synapses or axonal outgrowth. Beside its role as a cellular virus receptor the cell biological function in the nervous system remains to be revealed. Consistently, antibodies to CAR block the attachment of neurons on glycoproteins of the extracellular matrix (ECM) or disturb neurite extension on basal laminae preparations in vitro. In this thesis binding studies showed that fibronectin (FN), laminin-1, fibulin-1, tenascin-R and agrin are extracellular interaction partners of CAR. Most likely through these interactions CAR stimulates processes like cell-adhesion and neurite extension. Concerning FN the interaction could be mapped to a fragment bearing the second heparin-binding-domain (FN-40-kDa), which is different from the main integrin binding segment, and to the second Ig domain (D2) of CAR. This FN-fragment has a neurite-stimulating activity in cell-culture which is abolished on neurons from CAR-deficient mice or when CAR is blocked by antibodies. Beside this heterophilic binding CAR reveals homophilic binding as well. For example, the homotypic interaction of CAR-deficient neurons on FN-40-kDa is disturbed. Furthermore, the aggregation of CAR transfected NIH 3T3 and CHO cells is stimulated compared to their parental cells. As known for several IgSF-members the extracellular part of CAR binds to itself which is favored when it is N-glycosylated. However, high concentrations of bacterially expressed extracellular CAR form also dimers, which is obeserved in the cristallographic structure, where a D1 D1 interaction is visible. Again through binding studies, evidence is given that alternatively to the already described D1 D1 interaction a trans D1 D2 interaction takes place with a 20-fold increased affinity. The intracellular segment of CAR is found to bind to the actin-cytoskeleton by interacting directly with α-actinin and profilin-1. It can be concluded that CAR acts, like integrins and syndecans, as a linker between the ECM or itself on adjacent cells and the actin- cytoskeleton