Characterization of Drosophila Swiprosin-1, a novel conserved actin cross-linking protein, controlling immune cell migration, wound closure and regulated exocytosis

Filamentöses Aktin (F-Aktin) ist ein dynamisches Polymer, dessen Kraftentwicklung die Zellmorphologie verändern kann. Kalzium ist ein bekannter Modulator der Aktin-Zytoskelettorganisation und ist für viele Zellfunktionen erforderlich. Diese umfassen unter anderem Zellmigration, Wundverschluss und Exozytose. EFHD2/Swiprosin-1 (Swip-1) ist ein Aktin-bindendes Protein, das Kalzium direkt mit den hervorgerufenen Veränderungen des Aktin-Netzwerks verknüpfen kann. Übermäßige Expression von Swip-1 tritt bei vielen Pathologien auf, darunter neurodegenerative Erkrankungen und invasiver Krebs. Dies unterstreicht die Bedeutung der Funktionsuntersuchung von Swip-1. Eine Rolle von Swip-1 bei der Zellmigration wurde bereits gezeigt, jedoch konnte noch nicht geklärt werden, wie Swip-1 die zugrunde liegenden Umgestaltung des Aktin Netzwerkes reguliert, insbesondere die Reaktion auf eine Veränderung der Kalziumkonzentration. Drosophila Swip-1 ist in hoch motilen pupalen Makrophagen hochreguliert und lokalisiert in ihren Lamellipodien. CRISPR/Cas9-vermittelte swip-1-Nullmutanten sind lebensfähig, fertil und zeigen keine äußerlichen Veränderungen, aber ihre Makrophagen zeigen eine gestörte Lamellipodienbildung und Defekte in der Integrin-abhängigen Migration. Darüber hinaus ist Swip-1 auch entscheidend für die schnelle Reorganisation von Aktin im epithelialen Wundverschluss um die Gewebeintegrität wiederherzustellen. In swip-1-defizienten Fliegen zeigte die Ablation von einzelnen Zellen in der Drosophila larvalen Epidermis eine dramatische Beeinträchtigung des Wundverschlusses. Rettungsexperimente zeigten eindeutig, dass die Kalziumbindung an Swip-1 für die Bildung von Lamellipodien sowohl in der Migration als auch für den Wundverschluss unerlässlich ist. Mechanistisch gesehen kann Swip-1 Aktin-Netzwerke durch Homodimerisierung vernetzen. Nach der Bindung von Kalziumionen an Swip-1 werden diese Quervernetzungen kurzlebiger, wodurch das Aktin-Netzwerk aufgelockert wird. Hierdurch wird die Bindung von Proteinen ermöglicht, die Aktinfilamente trennen und so neue Verzweigungen fördern. Bei einer niedrigen Kalziumkonzentration stabilisiert Swip-1 dieses neue Netzwerk dann wieder. Bemerkenswerterweise wurde diese Kalzium-abhängige Vernetzungsaktivität in vorherigen Arbeiten übersehen. Ein stabiles und dennoch dynamisches Netzwerk ist auch für die regulierte Exozytose sekretorischer Vesikel in der Speicheldrüse der Drosophila Larve erforderlich. Hier ist Swip-1 für den effizienten Cargo-Ausstoß zum Lumen notwendig. Allerdings scheint hier der Regulationsmechanismus unabhängig von der Bindung des Kalziums an Swip-1 zu sein. Vielmehr könnten Veränderungen der Phosphorylierung von Myosin der Klasse II der nicht-Muskelzellen die Kontraktilität der F-Aktin-Hülle, die die Vesikel umgibt, verändern. Dies deutet auf eine Rolle von Swip-1 in einem Signalweg der Phosphorylierung der regulatorischen leichten Kette des Myosins hin.