Regulation of nuclear INF2 promotes actin polymerization and modulates MRTF-A subcellular localization and activity

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...

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Main Author: Melak, Michael
Contributors: Grosse, Robert (Prof.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2017
Pharmakologisches Institut
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Table of Contents: 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.