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Role of plectin in microtubule dynamics

Rocio Garcia de la Cruz Valencia

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Gerhard Wiche

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URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29251.03587.671953-4

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Plectin ist ein Protein des Zytoskeletts und ein Mitglied der Plakin Zytolinker Proteinfamilie. Plectin ist ein sehr großes Protein (> 500kDa), welches in einer Vielzahl von Säugetier-Geweben und Zelltypen exprimiert. Die aussergewöhnlichste Eigenschaft von Plectin ist seine funtionelle Vielfältigkeit, welche auf alternativem Spleissen einer großen Vielzahl von ersten kodierenden Exons beruht, wodurch verschiedene Isoformen entstehen. Zahlreiche Beobachtungen in früheren Studien wiesen bereits auf eine mögliche Interaktion von Plectin Isoform 1c (P1c) mit Mikrotubuli (MTi) hin. Dazu gehörte die gezielte Anlagerung von überexprimiertem P1c an MTi, die partielle Kolokalisation von P1c mit MTi in kultivierten Zellen, sowie die Bindung von neuronalem Plectin an MTi-assoziierte Proteine (MAPe) in vitro. Darüber hinaus ist bereits gezeigt worden, dass andere Plakin Zytolinker Proteine, wie zum Beispiel ACF7 oder BAPG1, an der Regulation von Dynamik von MTi beteiligt sind, indem sie MTi stabilisieren. Aufgrund dieser früheren Ergebnisse und anderer unpublizierter Daten aus diesem Labor war es daher das Hauptziel meiner Doktorarbeit, die Rolle von Plectin in der Dynamik von MTi aufzuklären. In diesem Zusammenhang war es von besonderem Interesse, die Frage zu beantworten, ob P1c antagonistisch auf die MAP-vermittelte Stabilisierung von MTi wirkt, und, falls dies tatsächlich der Fall sein sollte, den zu Grunde liegenden molekularen Mechanismus aufzuklären. Ich zeige in meiner Arbeit, dass im Gegensatz zu anderen Plakin Zytolinker Proteinen P1c als Destabilisator von MTi agiert, und dass diese Destabilisierung davon abhängt, ob P1c an Intermediärfilamente (IFe) gebunden ist. Da P1c die Hauptisoform in Keratinozyten und Neuronen ist, suchte ich in diesen Zellen nach einer mechanistischen Verbindung zwischen Veränderungen der Dynamik von MTi, welche durch Plectin verursacht werden, und Änderungen von MTi-abhängigen physiologischen Prozessen. Ich konnte herausfinden, dass P1c in seiner Rolle als positiver Regulator von MTi-Dynamik verschiedene MTi-abhängige Funktionen und Eigenschaften von Keratinozyten beeinflusst. Dazu gehören die Aufnahme von Glucose in die Zelle, Zellteilung und Wachstum, der Umsatz von fokalen Adhäsionskontakten, Zellform und polarisierte Zellmigration. Mit primären neuronalen Zellkulturen, welche aus Ganglien der dorsalen Wurzel von P1c knockout Mäusen isoliert worden waren, erhielt ich ein ideales Kulturmodell zur Untersuchung der Funktion von P1c in der Dynamik von MTi in Neuronen. Untersuchungen von solchen Zellen zeigten Veränderungen im Prozess der Neuritogenese, veränderten Transport von synaptischen Vesikeln entlang von MTi, und eine gestörte Fähigkeit von knockout Neuronen zu depolarisieren. Abschliessend beschreibe ich in meiner Doktorarbeit ein Modell, welches zeigt, wie P1c durch antagonistische Wirkung auf MAPe MTi destabilisieren könnte. Meine Resultate zeigen, dass P1c MTi destabilisiert und dass Zytolinker wichtig für den korrekten Ablauf einer Vielzahl von physiologischen Prozessen sind. Diese Ergebnisse zeigen eine neue faszinierende Eigenschaft von zytoskelletärem „crosstalk“ auf, nämlich das Potential von IFn, mittels assoziierter Zytolinker MTi zu destabilisieren und deren Dynamik zu beeinflussen.

Abstract

(Englisch)

Plectin, a polypeptide of very large size (>500 kDa) and member of the plakin cytolinker protein family, is one of the most abundant and versatile cytolinkers expressed in mammalian cells. One of its outstanding features is its functional diversity that is mainly based on the alternative splicing of a series of different first coding exons resulting in different isoforms. A number of observations made in previous studies, including the targeting of overexpressed plectin isoform 1c (P1c) to microtubules (MTs), the partial colocalization of P1c with MTs in cultured cells, and the in vitro binding of neural plectin to MT-associated proteins (MAPs), pointed towards a potential interaction of plectin with MTs. Moreover, ACF7 and BPAG1, other members of the plakin cytolinker protein family, have been shown to be involved in the regulation of MT dynamics, both acting as MT stabilizers. Based on these previous observations and additional unpublished data from this laboratory one of the major goals of my thesis was to identify the role of plectin in MT dynamics. Of particular interest in this context was the question whether plectin isoform P1c antagonizes MAP-mediated MT stabilization, and if so, what was the underlying molecular mechanism. I report here that contrary to other cytolinker proteins, P1c acts as a destabilizer of MTs and that this destabilization relies on IF-dependent P1c localization. Since P1c is a major isoform in keratinocytes and neurons, I searched for a mechanistic link between plectin-related changes in MT dynamics and alterations in MT-dependent processes of physiological significance in keratinocytes and neurons isolated from P1c-deficient mice. Functioning as a promoter of MT dynamics, I found plectin to affect vital MT-dependent functions and properties of keratinocytes, including glucose uptake, cell division and growth, focal adhesion turnover, shape and polarized migration of cells. P1c-deficient primary DRG neuronal cultures were found to be a suitable system to study the consequences of altered MT dynamics in neurons. The data revealed alterations in the processes of neuritogenesis, such as outgrowth and branching of neurites, distorted synaptic vesicle transport along neurites, and ability of neuronal membrane to depolarize. Finally, I describe a model where P1c destabilizes MTs by antagonizing MAP-mediated MT stabilization. The reported findings unmask P1c as a MT destabilizer and show that cytolinker-mediated destabilization is required for the correct performance of multiple physiological processes. These findings point towards a fascinating new feature of cytoskeletal filament cross-talk, namely the potential of IFs to destabilize MTs via an associated cytolinker protein, thereby stimulating MT dynamics.

Autor*innen

Rocio Garcia de la Cruz Valencia

Haupttitel (Englisch)

Role of plectin in microtubule dynamics

Paralleltitel (Deutsch)

Die Rolle der Plectin in Mikrotubuli

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

153 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Michael Kiebler ,

Jesus Avila

Klassifikationen

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie

AC Nummer

AC10733103

Utheses ID

19317

Studienkennzahl

UA | 091 | 490 | |

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