The Role of the Actin Regulator Cyclase-associated Protein 2 (CAP2) for Mammalian Skeletal Muscle Development.

Das Strukturprotein Aktin stellt einen Hauptbestandteil des Zytoskeletts aller eukaryotischen Zellen dar. Als solches ist es nicht nur für die Morphologie und Stabilität von Zellen wichtig, sondern auch für dynamische Prozesse wie Zellmigration, Adhäsion, Wachstum oder Kontraktion. In Muskelzellen ist der hoch strukturierte Komplex aus Myosin- und Aktin-Filamenten essentiell für die koordinierte Kontraktion der Muskelfasern, welche letztendlich Muskelkraft erzeugen. Um diese Funktion zu bewerkstelligen, müssen Aktin-Filamente während der Muskelentwicklung dynamisch auf- und auch umgebaut werden. Die daran beteiligten molekularen Mechanismen sind allerdings noch weitestgehend unbekannt. Gleichzeitig existiert der Befund, dass eine Vielzahl humaner Muskelerkrankungen mit Defekten im Aktin-Zytoskelett assoziiert ist. Die daraus resultierende Notwendigkeit zur Aufklärung dieser Mechanismen bildet die Grundlage und das Ziel der vorliegenden Dissertation. Frühere Arbeiten anderer Arbeitsgruppen haben den Transkriptionsfaktor SRF (serum response factor) als einen wichtigen Regulator der Skelettmuskelentwicklung in Menschen und Mäusen identifiziert. In einem Rückkopplungsmechanismus wird SRF Aktin-abhängig aktiviert und kontrolliert wiederum die Expression von Aktin und Aktin-regulierenden Proteinen. Einer der Hauptaktivatoren von SRF ist MRTF (myocardin related transcription factor), welcher zumeist im Zytoplasma an Aktin-Monomere gebunden werden kann, wodurch seine Translokalisation in den Zellkern und die Aktivierung von SRF unterbunden werden. Die vorliegende kumulative Dissertation präsentiert zwei Studien, die sich mit der Aufklärung von Prozessen beschäftigen, die Skelettmuskelentwicklungsdefekten zugrunde liegen. In der ersten Publikation „CAP2 deficiency delays myofibril actin cytoskeleton differentiation and disturbs skeletal muscle architecture and function” wurde für das Aktin-regulierende Protein CAP2 (cyclase-associated protein 2) eine bislang unbekannte Funktion während der Entwicklung der Skelettmuskulatur in Säugetieren gezeigt. Die Daten ergaben, dass CAP2 den Umbau von Aktin-Filamenten im sich entwickelnden Skelettmuskel kontrolliert und somit essentiell für die Differenzierung von Muskelfasern ist. Als Konsequenz eines CAP2-Funktionsverlusts entwickeln Mausmutanten strukturelle Veränderungen im Skelettmuskel, welche durch das gehäufte Auftreten von Ringbinden, internalisierten Zellkernen und durch eine gestörte Mitochondrien-Verteilung gekennzeichnet sind. Diese gehen mit Defiziten in motorischen Funktionen und einer moderaten Muskelschwäche einher. Diese Veränderungen spiegeln Symptome humaner Muskelerkrankungen wider. Im zweiten Manuskript „Cyclase-associated protein 2 (CAP2) controls MRTF-A localization and SRF activity in mouse embryonic fibroblasts“ konnte gezeigt werden, dass der Verlust von CAP2 in embryonalen Maus-Fibroblasten zu einer gestörten SRF-Aktivität führt. Insbesondere wurde festgestellt, dass CAP2 die subzelluläre Verteilung des SRF-Transaktivators MRTF in einem Aktin-abhängigen Mechanismus steuert. Die Inaktivierung von CAP2 war mit reduzierter MRTF-Lokalisation im Kern und einer Beeinträchtigung der SRF-vermittelten Genexpression verbunden. Dies lässt uns vermuten, dass CAP2-abhängige Aktin-Dynamik die SRF-Aktivität auch während der Entwicklung der Skelettmuskulatur kontrollieren kann und dass eine Dysregulation von SRF die Myopathie bei CAP2-Mutanten verursachen oder zumindest zu ihr beitragen kann.