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Titel:Mechanisms of Mitotic Spindle Orientation by Plexin-B2
Autor:Fernández Baldovinos, Javier
Weitere Beteiligte: Worzfeld, Thomas (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2021
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2021/0140
DOI: https://doi.org/10.17192/z2021.0140
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2021-01409
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Publikationsdatum:2021-02-25
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Aneuploidie, Epithel, Cytologie, LGN, Polarität, Mitosespindel, Epithelium, Plexi, Cell Biology, Aneuploidy, Kidney, Plexin, Mitosis, 3D-Cell culture, Mitose, Semaphorin, Mitotic Spindle, Zellzyste, Semaphorin, Molekularbiologie, Molecular Biology, Polarity, Proliferation, NuMA, 3D-Zellkultur, Niere, Proliferation

Summary:
Cells show certain asymmetries in morphology and molecular organization, a characteristic that is known as cell polarity. Polarity is generally regulated by protein complexes and Rho GTPases like Cdc42, Rho or Rac. Epithelial cells are polarized along the apicobasal axis, and this apicobasal polarity influences many cellular processes, including cell division. Polarized mitosis in epithelia is controlled by the orientation of the mitotic spindle. This is crucial in epithelial cells during development for a correct tissue morphogenesis, but also in the adult for maintenance of tissue homeostasis or damage repair. The orientation of the spindle is controlled by a protein complex that includes NuMA, which mediates pulling from the spindle poles and LGN, which links NuMA to the correct regions of the cell cortex. Semaphorin-Plexin signaling is a cell-cell communication pathway involved in many tissues and processes mainly through regulation of the cytoskeleton and adhesion. It has been shown that Plexin-B2 regulates mitotic spindle orientation in kidney epithelial cells and that this regulation is relevant for kidney morphogenesis and repair. However, the molecular mechanisms through which Plexin-B2 controls spindle orientation are still largely unclear. In this work, I demonstrate that Plexin-B2 localizes to cell-cell contacts in the kidney epithelium and in epithelial cell lines in 2D and 3D. Furthermore, I show that Plexin-B2 remains polarized during mitosis. I add that the basolateral localization of Plexin-B2 in the kidney is independent of its ligands, but depends on its intracellular juxtamembrane domain in 3D cultures. Furthermore, I show that this region contains a unique basolateral targeting motif present in all murine class B plexins and conserved in human Plexin-B2. Using CRISPR-Cas genome editing, I confirm that the deletion of Plexin-B2 impairs correct lumen formation in epithelial cell cysts. Additionally, I show that the lack of Plexin-B2 does not influence growth of these cells, but increases the proportion of cells in the S and G2/M phases of the cell cycle and aneuploidy. Importantly, I demonstrate that the deletion of Plexin-B2 does not have an effect on the normal localization of the spindle regulators LGN and NuMA in 3D cell cultures. Therefore, the role of the polarized expression of Plexin-B2 in its control of mitotic spindle orientation and its possible connection with mitotic spindle regulators need to be further investigated

Zusammenfassung:
Zellen weisen Asymmetrien in ihrer Morphologie und molekularen Organisation auf. Diese Eigenschaft ist als Zellpolarität bekannt. Polarität wird durch Proteinkomplexe und Rho GTPasen wie Cdc42, Rho und Rac reguliert. Epithelzellen sind entlang ihrer apicobasalen Achse polarisiert, und diese apicobasale Polarität beeinflusst zahlreiche zelluläre Prozesse einschließlich der Zellteilung. Die Polarisierung der Mitose wird in Epithelzellen durch die Ausrichtung der Mitosespindel gesteuert. Dies ist sowohl für die korrekte Morphogenese epithelialer Gewebe während der Entwicklung entscheidend, als auch für die Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase und für die Gewebereparatur nach einer Schädigung von zentraler Bedeutung. Die Orientierung der Mitosespindel wird durch einen Proteinkomplex kontrolliert. Dieser enthält das Protein NuMA, das die Übertragung von Zugkräften auf die Spindelpole vermittelt, und das Protein LGN, das für die korrekte Lokalisation von NuMA am zellulären Cortex zuständig ist. Semaphorin-Plexin-Signaling stellt einen Zell-Zell-Kommunikationsweg dar, der in viele Gewebe und zellulären Prozesse involviert ist, hauptsächlich über eine Regulation des Zytoskeletts und der Adhäsion. Es ist gezeigt worden, dass Plexin-B2 die Orientierung der Mitosespindel in Epithelzellen der Niere reguliert, und dass diese Regulation für die Nierenmorphogenese und -reparatur von Bedeutung ist. Die molekularen Mechanismen, über die Plexin-B2 die Ausrichtung der Mitosespindel kontrolliert, sind jedoch weitgehend unklar. In dieser Dissertation zeige ich, dass Plexin-B2 an Zell-Zell-Kontakten im Nierentubulusepithel und in Nierentubulusepithel-Zelllinien in 2D und 3D lokalisiert ist. Des weiteren zeige ich, dass die Plexin-B2-Lokalisation während der Mitose polarisiert bleibt. Zudem beschreibe ich, dass die basolaterale Lokalisation von Plexin-B2 unabhängig von seinen Liganden ist, und von der intrazellulären Juxtamembran-Domäne von Plexin-B2 in 3D-Kulturen abhängt. Darüber hinaus zeige ich, dass diese Region ein einzelnes basolaterales Zielmotiv trägt, das in allen murinen B-Plexinen enthalten ist und in humanem Plexin-B2 konserviert ist. Mit Hilfe von CRISPR-Cas Genom-Editierung bestätige ich, dass die Deletion von Plexin-B2 die korrekte Lumenbildung in epithelialen Zellzysten beeinträchtigt. Zusätzlich zeige ich, dass das Fehlen von Plexin-B2 das Wachstum dieser Zellen nicht beeinträchtigt, aber den Anteil von Zellen in der S- und G2/M-Phase des Zellzyklus und Aneuploidie steigert. Insbesondere zeige ich, dass die Deletion von Plexin-B2 keinen Effekt auf die normale Lokalisation der Spindelregulatoren LGN und NuMA in 3D Zellkulturen hat. Weitere Studien zur Rolle der polarisierten Expression von Plexin-B2 bei der Kontrolle der Orientierung der Mitosespindel und zur möglichen Verbindung von Plexin-B2 und Mitosespindelregulatoren sind daher notwendig


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