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Interaction networks and dynamics of three inner nuclear membrane LEM proteins
Bernhard Moser
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Mikrobiologie und Immunbiologie
Betreuer*in
Roland Foisner
DOI
10.25365/thesis.38197
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29917.53260.864665-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die LEM Domäne ist ein spezifisches Strukturmotiv, benannt nach den Proteinen in denen sie entdeckt wurde: LAP2, Emerin und MAN1. Die meisten LEM Proteine sind Typ II Transmembranproteine und lokalisieren spezifisch in der inneren Zellkernmembran. LEM Proteine binden direkt über ihre LEM Domäne an das DNA-bindende Protein BAF (barrier-toautointegration factor), und sind dadurch an Chromatin-Anbindung, der Kernarchitektur, und der Regulation der Genexpression beteiligt. Mutationen in LEM Proteinen werden mit humanen Erkrankungen wie Muskeldystrophie, Kardiomyopathie und Osteopoikilose assoziiert.
Diese Arbeit befasst sich mit der Aufklärung des Interaktionsnetzwerks von drei LEM Proteinen der inneren Zellkernmembran, Emerin, LEM2 und MAN1, anhand einer kürzlich entwickelten Identifizierungsmethode namens BioID. Diese in vivo Biotin-Markierungs Methode basiert auf einer genetisch veränderten Biotin Ligase, welche wahllos und entfernungsabhängig biotinyliert und sich deswegen besonders für Proteininteraktionen mit besonders geringer Affinität, sowie auch für schwierig zu isolierende Proteinkomplexe wie die der inneren Zellkernmembran eignet. BioID identifizierte viele spezifische und gemeinsame Bindungspartner von LEM2, MAN1 und Emerin. Außerdem zeigten die BioID Ergebnisse, dass die strukturell-ähnlichen LEM Proteine, LEM2 und MAN1, mehr gemeinsame Bindungspartner haben als LEM2 oder MAN1 mit Emerin, einem strukturell nicht vergleichbaren LEM Protein. Überraschenderweise wurden einige Komponenten des Nukleotidexzisionsreparatur-Weges als potentielle LEM2-spezifische Bindungspartner identifiziert. Weiterführende knockdown-Experimente zeigten eine Beeinträchtigung des DNA Reparaturpotentials von humanen Zellen, in Abwesenheit von LEM2, welches möglicherweise eine neue Funktion für LEM2 beschreibt.
Des Weiteren wurde das funktionelle Verhalten und die Dynamiken von LEM Proteinen anhand von Live Cell Imaging Experimenten untersucht. Wir fanden heraus, dass LEM Proteine in Invaginationen der Kernmembran lokalisieren, welche oft an Nukleoli binden. Diese Resultate zeigen, dass die Invaginationen der inneren Zellkernmembran möglicherweise eine wichtige Bedeutung für die Relokalisierung und Reassemblierung von Nukleoli während des Zell Zyklus haben.
Abstract
(Englisch)
The LEM domain is a structural motif initially named after its identification in three mammalian nuclear envelope proteins: LAP2, Emerin and MAN1. Most LEM domain-containing proteins represent type II transmembrane proteins and localize specifically at the inner nuclear membrane (INM). LEM proteins interact directly via the LEM domain with the chromatin component barrierto-autointegration factor, BAF, and are thereby involved in chromatin tethering, nuclear architecture and regulation of gene expression at the nuclear periphery. Mutations in LEM proteins have been linked to human diseases including muscular dystrophy, dilated cardiomyopathy and osteopoikilosis.
This work aims at elucidating the complex interaction network between three inner nuclear membrane LEM domain-containing proteins, Emerin, LEM2 and MAN1, based on the identification via BioID. This recently developed in vivo biotin-labelling technique exploits a genetically engineered, promiscuous biotin ligase which biotinylates proteins in a proximitydependent manner. It is specifically suited to study low-affinity and transient interactions as well as protein complexes, which are difficult to isolate under physiological lysis conditions, like in the case of inner nuclear membrane proteins. Besides a number of common and specific candidate interaction partners of LEM2, MAN1 and Emerin, BioID revealed that, the structurally related proteins LEM2 and MAN1 have a larger overlap in binding partners than either LEM2 or MAN1 with Emerin, a more distantly related LEM protein. Surprisingly, within the unique LEM2 BioID partners many components of the nucleotide excision repair machinery were identified. Further investigations point to an impairment of DNA damage repair upon loss of LEM2, which describes a promising novel function for LEM2.
At the in vivo level, the dynamics and the functional behavior of LEM proteins was investigated by live cell imaging. We found that LEM proteins were located in nuclear envelope invaginations, which were often seen connected to nucleoli. The live cell imaging results provide strong evidence for a possible role of nuclear envelope invaginations in reassembling and relocalization of nucleoli during the cell cycle.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
LEM proteins LEM2 MAN1 Emerin BioID DDB1 NER Invaginations Fibrillarin Nucleolus
Schlagwörter
(Deutsch)
LEM Proteine LEM2 MAN1 Emerin BioID DDB1 NER Invaginationen Fibrillarin Nucleolus
Autor*innen
Bernhard Moser
Haupttitel (Deutsch)
Interaction networks and dynamics of three inner nuclear membrane LEM proteins
Paralleltitel (Deutsch)
Interaktionsnetzwerke und Dynamiken von drei LEM Proteinen der inneren Zellkernmembran
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
107 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Roland Foisner
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie
AC Nummer
AC12398932
Utheses ID
33855
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |