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The role of intranuclear lamin complexes in muscular dystrophy

Ursula Pilat

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Roland Foisner

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DOI

10.25365/thesis.24530

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30018.95213.557562-9

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Kernlamina ist ein fibrilläres Netzwerk, das als Teil der Kernhülle neben anderen Aufgaben vorwiegend für die Stabilität des Zellkerns sorgt. Seine Hauptkomponenten sind A-Typ Lamine (neben B-Typ Laminen), die verschiedene Krankheiten, sogenannte Laminopathien, verursachen können, sollten sie von Gendefekten betroffen sein. Das Lamina-assoziierte Polypeptid 2α (LAP2α) ist ein nukleoplasmisches Membranprotein, das den Teil der A-Typ Lamine bindet, der sich im Zellkerninneren befindet. Diese sogenannten intranukleären Komplexe (aus Laminen und LAP2α) spielen in der Regulierung der Zellzyklusprogression von Gewebsvorläuferzellen eine Rolle, die vom Retinoblastoma-Protein bestimmt wird. Um die von Mutationen in einem der beiden Bindungspartner oder durch das Fehlen von LAP2α verursachten in vivo Effekte näher zu bestimmen, analysierte ich insbesondere zwei Mutationen: Die Mutation ΔK32 in A-Typ Laminen (unter Verwendung eines Doppelmutanten- Mausmodells) und die Mutation P426L in LAP2α (unter Verwendung von Patientengewebsproben und primären Zellen). Die Mutation ΔK32 in A-Typ Laminen verursacht eine schwere kongenitale Muskeldystrophie im Menschen und einen Muskel-Maturationsdefekt im transgenen LmnaΔK32/ΔK32 knock-in Mausmodell. Auf molekularer Ebene war das mutierte Protein signifikant reduziert und misslokalisierte ins Zellkerninnere anstatt an die Zellkernperipherie. Um die Hypothese zu testen, dass ein anormal regulierter Pool von Intranukleärkomplexen zum Krankheitsbild der LmnaΔK32/ΔK32 Mäuse beitragen kann, löschten wir zusätzlich LAP2α aus, indem wir Lap2α-/- Mäuse mit LmnaΔK32/ΔK32 Mäusen kreuzten. In den daraus resultierenden Doppelmutanten war der auf der ΔK32 Mutation basierende Muskeldefekt unverändert. Lamin ΔK32 bewahrte seine Fähigkeit, an LAP2α zu binden; Seine intranukleäre Lokalisation wurde aber nicht - im Kontrast zum Wild-Typ Lamin - von LAP2α beeinflusst. Andererseits führte das Fehlen von LAP2α in LmnaΔK32/ΔK32 Mäusen zu einer veränderten Regulierung von Gewebsvorläuferzellen, genauso wie im Wild-Typ. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein von LAP2α unabhängiger Assemblierungsdefekt des ΔK32 Proteins für den Phänotyp bestimmend ist, obwohl die mit LAP2α in Zusammenhang stehenden Funktionen in der Regulierung der Vorläuferzellen nicht beeinträchtigt werden. Die Mutation P426L in LAP2α wurde erst kürzlich entdeckt und segregiert mit einem Emery-Dreifuss Muskeldystrophie Phänotyp. Die Mutation wirkte sich weder störend auf die Fähigkeit von LAP2α aus, an Lamine zu binden, noch beeinträchtigte es die Expression oder Lokalisierung von Lamin A/C in primären Patienten- Fibroblasten oder Muskelbiopsien. Interessanterweise verfügen Patienten- Fibroblasten über weniger Retinoblastoma Protein und zeigten eine verminderte Zellzyklusregulierung in vitro. Diese Daten weisen darauf hin, dass die P426L Mutation die zuvor festgestellte Funktion LAP2αs in der pRb-bestimmten Regulierung der Zellzyklusprogression von Gewebsvorläuferzellen beeinflusst, was wiederum zum Krankheitsbild beitragen könnte.

Abstract

(Englisch)

The nuclear lamina is a filamentous network of B-type and A- type lamins that is part of the nuclear envelope and supports nuclear architecture in metazoans. Mutations in A-type lamins have been linked to a myriad of pathological conditions called laminopathies. Lamina-associated polypeptide 2α (LAP2α) is a mammalian nucleoplasmic chromatin-associated protein that binds to A-type lamins in the nuclear interior. This nucleoplasmic complex of lamin A and LAP2α has been implicated in the regulation of retinoblastoma protein-mediated cell cycle progression in tissue progenitor cells. In this study I analyzed the in vivo effects of disease-causing mutations in lamin A and in LAP2α using mouse models and patient cells. ΔK32 mutations in A-type lamins cause severe congenital muscular dystrophy in humans and a muscle maturation defect in LmnaΔK32/ΔK32 knock-in mice. On a molecular level, mutant ΔK32 lamin A/C protein was significantly reduced and mislocalized to the nucleoplasm. To test the hypothesis that an abnormally regulated pool of nucleoplasmic lamins in LmnaΔK32/ΔK32 mice may contribute to the disease phenotype, LAP2α was additionally deleted in these mice. In the double mutant mice the LmnaΔK32/ΔK32- linked muscle defect was not affected. Mutant lamin A/C was able to interact with LAP2α, but unlike wild-type lamin A/C, loss of LAP2α did not affect its nucleoplasmic localization. However, like in wild type mice, loss of LAP2α in LmnaΔK32/ΔK32 mice impaired the regulation of tissue progenitor cells. The findings of this study suggest that the LAP2α-linked functions of nucleoplasmic lamin A/C in the regulation of tissue progenitor cells are not affected in LmnaΔK32/ΔK32 mice and that a LAP2α-independent assembly defect of ΔK32 lamin A/C is predominant for the mouse pathology. The P426L mutation in LAP2α was identified in a patient to segregate with the Emery-Dreifuss Muscular Dystrophy phenotype. The P426L mutation in LAP2α did neither interfere with binding to lamin A/C nor did it affect lamin A/C expression and localization in primary patient fibroblasts and muscle biopsies. Interestingly, patient fibroblasts contained reduced pRb protein level and showed impaired cell cycle regulation in vitro. These data indicate that the P426L LAP2α mutation may affect the function of LAP2α in the pRb-mediated cell cycle control of tissue progenitor cells, which may in turn contribute to the disease phenotype.

Autor*innen

Ursula Pilat

Haupttitel (Englisch)

The role of intranuclear lamin complexes in muscular dystrophy

Paralleltitel (Deutsch)

Die Rolle der intranukleären Laminkomplexe bei Muskeldystrophien

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

XII, 174, XXXI S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Roland Foisner ,

Roland Foisner

Klassifikationen

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie

AC Nummer

AC11009557

Utheses ID

21921

Studienkennzahl

UA | 091 | 490 | |

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Schlagwörter