Linking IgSF-mediated cell adhesion with Arp2/3-based actin polymerization during Drosophila myoblast fusion

The somatic musculature of Drosophila is analogous to vertebrate skeletal muscles and is generated by the fusion of mononucleate myoblasts. Muscle fusion in Drosophila involves two distinct cell populations, founder cells (FCs) and fusion-competent myoblasts (FCMs). The recognition and adhesion of b...

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Main Author: Balasankara Reddy, Kaipa
Contributors: Önel, Susanne (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2011
Biologie
Subjects:
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Table of Contents: Die somatische Muskulatur von Drosophila entsteht analog zur Skelettmuskulatur der Wirbeltiere durch die Fusion von einkernigen Myoblasten. In Drosophila unterscheidet man zwischen zwei unterschiedliche Myoblastenpopulationen, die miteinander fusionieren: Gründer-Zellen (FCs) und fusion-kompetent Myoblasten (FCMs). Die Erkennung und Adhäsion der beiden Myoblastentypen wird von Mitgliedern der Immunoglobulin-Superfamilie (IgSF) vermittelt. Diese Zelladhäsionsmoleküle werden FC- und FCM-spezifisch exprimiert: Duf und Rst kommen in FCs vor. Sns, Hbs und Rst werden in FCMs exprimiert. Die heterophile Interaktion der Zelladhäsionsmoleküle führt zur Aktivierung einer Signalkaskade und zur Bildung von F-Aktin am Zell-Zell-Kontakt. Dabei wirken Duf und Rst in FCs in funktioneller Redundanz. Die Bildung neuer Aktinfilamente an bestehende Filamenten wird durch den Aktin-verwandten Protein-Kompalex (Arp)2/3 geregelt. Der Arp2/3-Komplex besteht aus sieben Untereinheiten, einschließlich Arp2 und Arp3. Aktiviert wird der Arp2/3-Komplex durch sogenannte „nucleation promoting“-Faktoren (NPFS), d.h. durch das Wiskott-Aldrich syndrome Protein (WASP) und den Supressor des CAMP-Rezeptors (SCAR). WASP wird durch das WASP-interagierende Protein Verprolin1 (WIP) aktiviert. Obwohl WASP und Scar den Arp2/3-Komplex auf unterschiedliche Weise aktivieren, beinhalten sie eine gemeinsame Prolin-reiche Region an die Proteine mit einer SH3-Domäne binden können. In dieser Arbeit habe ich mit zwei Fragen befasst. Zuerst habe ich versucht Hinweise auf die redundante Funktion von Duf und Rst in FCs zu erhalten. Die intrazelluläre Domäne von Rst und Duf enthält drei konservierte Domänen, d.h. eine PADVI-, SAIYGNPYLR- und NSLLPPLPP-Domäne. Die Expression von RstΔPADVI in allen Myoblasten bzw. die ausschließliche Expression von RstΔPADVI in FCs oder in FCMs führt zu Fusionsdefekten. Dies lässt darauf schließen, dass diese Domäne eine wichtige Funktion während der Rst-vermittelten Signaltransduktion spielt. Um Interaktionspartner von Rst zu identifizieren habe ich zudem einen Hefe-2-Hybrid Screen durchgeführt und Actin57B, Papilin und Nidogen als mögliche Interaktionspartner identifiziert. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich mich mit der Rolle des SH2-SH3 Adaptorproteins Dreadlock (Dock) während der Myoblastenfusion befasst. Das Vertebraten-Homolog von Dock, Nck, verbindet Nephrin-vermittelte Zelladhäsionsprozesse mit der Umstrukturierung des Aktin-Zytoskeeletts bei der Podozyten-Bildung. Nephrin ist verwandt mit Drosophila Sns und Hbs. Biochemische Analysen, die in dieser Arbeit durchgeführt wurden zeigen, dass Dock an die intrazelluläre Domäne von Sns, Hbs, Duf und Rst sowie an die Prolin-reiche Region von WASP und WIP binden kann. Interessanterweise konnte ich zeigen, dass die SH2-Domäne von Dock an phosphoryliertes Tyrosin an Position 1089 in der intrazellulären Domäne von Hbs bindet. Die SH3-Domänen von Dock vermitteln dagegen die Bindung mit der intrazellulären Domäne von Sns und Duf. Sowohl die SH2- als auch die SH3-Domänen von Dock vermitteln die Bindung an die intrazelluläre Domäne von Rst. Um zu zeigen, dass diese Protein-Interaktionen auch während der Myoblastenfusion erfolgen, habe ich eine Reihe von Doppelmutantenanalysen durchgeführt. Dabei konnte ich zeigen, dass dock genetisch mit dem FC-spezifischen Gen rols interagiert. Rols kodiert für ein Multidomänprotein, das an die intrazelluläre Domäne von Duf bindet. Weiterhin konnte ich eine genetische Interaktion zwischen dock und hbs aufzeigen. Die genetischen Interaktionsstudien belegen, dass die Funktion von Dock sowohl in FCs als auch in FCMs während der Myoblastenfusion von Drosophila benötigt wird. Dies legt die Vermutung nahe, dass Dock das Fusionssignal von den Zelladhäsionsmolekülen Duf und Hbs an Komponenten der Aktin-Regulation, wie WASP und WIP überträgt