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Titel:Regulation of nuclear INF2 promotes actin polymerization and modulates MRTF-A subcellular localization and activity
Autor:Melak, Michael
Weitere Beteiligte: Grosse, Robert (Prof.)
Veröffentlicht:2017
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0264
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0264
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-02647
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Die Regulation von INF2 im Zellkern führt zur Polymerisation von kernständigen Aktinfilamenten und beeinflusst die Lokalisation von MRTF-A innerhalb der Zelle sowie dessen Aktivität
Publikationsdatum:2017-04-06
Lizenz:https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
Actin, Formin, INF2, INF2, MRTF-A, Aktindynamik, Zellkern, Actin Dynamics, MRTF-A

Summary:
Actin filaments are a fundamental component of the cytoskeleton. In eukaryotes, dynamic actin rearrangement plays a crucial part in cellular processes such as morphogenesis, adhesion, cell motility, cytokinesis and intracellular vesicle transport. Numerous aspects of actin dynamics in the cytoplasm of eukaryotic cells have been studied intensely over the past decades. Those studies revealed a very detailed knowledge about the structure and function of actin filaments as well as about the underlying mechanisms of F-actin formation. Though actin and proteins involved in actin assembly or disassembly have also been detected in the nuclei of many different eukaryotic cells lines, the detailed regulation and function of actin in the nuclear compartment is poorly defined. Monomeric nuclear actin was identified to participate in specific events such as transcriptional regulation or chromatin remodeling. Nevertheless, the existence and role of filamentous actin inside the nucleus has been controversially debated for years. Quite recently, specific actin probes have been described which enabled credible visualization of nuclear F-actin structures and provided a first insight into the regulation and function of actin polymerization in the nucleus. For example, a role for nuclear F-actin in response to DNA damage and efficient DNA repair as well as in the regulation of the SRF coactivator MRTF-A has been reported. Both events were shown to involve the assembly of nuclear actin filaments mediated by members of the formin family of actin nucleators. In this work, we provide evidence of a nuclear function of the disease associated formin INF2. We identified that activation of endogenous INF2 in the nucleus by means of INF2-DID-NLS or INF2-DAD-NLS expression mediated release of autoinhibition promotes the assembly of a nuclear F-actin network. We further observed that INF2 mediated nuclear actin rearrangement efficiently regulates the translocation and activity of MRTF-A. Moreover, by deletion of INF2 using the CRISPR/Cas9 system as well as by siRNA mediated INF2 knockdown we could show that INF2-DAD-NLS driven nuclear F-actin formation is primarily dependent on the presence of endogenous INF2. However, our data suggest concomitant modulation of nuclear mDia activity upon the release of INF2 autoinhibition in the nucleus. This study provides evidence for a role of the formin INF2 in the promotion and the formation of a nuclear actin network and thereby regulating the subcellular localization of MRTF-A and subsequent alteration of MRTF/SRF transcriptional activity.

Zusammenfassung:
Aktinfilamente sind ein wesentlicher Bestandteil des eukaryotischen Zellskeletts. Durch einen dynamischen Auf- und Abbau dieser Filamente werden zelluläre Vorgänge, wie etwa Morphogenese, Mobilität, Zellteilung oder der intrazelluläre Vesikeltransport, beeinflusst. Verschiedenste Faktoren, die bei dem dynamischen Umbau von Aktinfilamenten im Zytoplasma eine Rolle spielen, wurden in den letzten Jahren und Jahrzehnten ausgiebig studiert. Dank dieser Studien haben wir heute ein durchaus detailliertes, aber bei weitem nicht vollständiges Bild der genauen Struktur und Funktion von Aktinfilamenten, sowie der zugrundeliegenden Mechanismen, welche bei der Ausbildung eben dieser Filamente eine Rolle spielen. Interessanterweise wurden sowohl Aktin als auch einige weitere Proteine, welche üblicherweise am Auf- und Abbau von zytoplasmatischen Aktinfilamenten beteiligt sind, auch im Zellkern verschiedenster eukaryotischer Zelltypen nachgewiesen. Über die Regulierung und die Funktion von Aktin im Nukleus ist momentan allerdings nur sehr wenig bekannt. Beispielsweise wurde gezeigt, dass monomeres Aktin im Zellkern an der Umgestaltung von Chromatin beteiligt ist und die Gen-Transkription beeinflusst. Die Existenz und die Funktion von kernständigen Aktinfilamenten wurden jedoch von zahlreichen Forschergruppen über viele Jahre hinweg kontrovers diskutiert. Erst kürzlich konnten mithilfe spezifischer Aktin-bindender Sonden Aktinfilamente im Zellkern zuverlässig und überzeugend visualisiert werden. Dadurch wurden erstmals auch Details über ihre Regulierung und ihre Funktion im Nukleus bekannt. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass kernständige Aktinfilamente eine wichtige Rolle bei der zellulären Antwort auf DNA-Schäden und der darauffolgenden DNA-Reparatur spielen. Zusätzlich sind sie in die Regulierung des MRTF/SRF-Signaltransduktionsweges involviert. Bei beiden genannten Prozessen wird die Bildung von kernständigen Aktinfilamenten durch Proteine aus der Familie der Formine begünstigt. Die vorliegende Doktorarbeit zeigt, dass auch das Formin INF2 zu Aktin-bezogenen Effekten im Nukleus führt. Beispielsweise löst die Expression einer isolierten, kernständigen INF2-DID oder einer isolierten, kernständigen INF2-DAD eine spezifische Aktivierung von endogenem INF2 im Zellkern aus. Dadurch kommt es dort zur Aufhebung der Autoinhibierung von INF2, was wiederum zur Bildung von Aktinfilamenten im Nukleus führt. Außerdem haben wir beobachtet, dass der INF2-gesteuerte Aufbau von kernständigen Aktinfilamenten eine Anreicherung des SRF-Kofaktors MRTF-A im Zellkern bewirkt. Nach einer Reduktion oder einer vollständigen Deletion von INF2 in der Zelle kamen wir zu der Erkenntnis, dass die kernständigen Filamente, welche nach der Expression der INF2-DAD im Zellkern gebildet werden, primär vom Vorhandensein von endogenem INF2 abhängig sind. Unsere Daten weisen allerdings auch darauf hin, dass mittels dieser Methode zur INF2-Aktivierung neben kernständigem INF2 zusätzlich mDia-Formine im Nukleus koreguliert werden. Zusammengefasst beschreibt diese Arbeit, dass das Formin INF2 auch im Zellkern an der Bildung von Aktinfilamenten beteiligt ist und dass die Lokalisierung von MRTF-A sowie, in weiterer Folge, die transkriptionelle Aktivität des MRTF/SRF Signalwegs dadurch beeinflusst werden können.


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