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Characterisation of MuSK endocytosis at the neuromuscular synapse

Cristina Melinte

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Axel Schmid

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DOI

10.25365/thesis.4924

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29504.54577.463860-0

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Innervierung der Skelettmuskulatur durch Motorneurone führt zur Bildung von neuromuskulären Synapsen (NMS). Agrin, ein von Nerven sezerniertes Protein, zusammen mit Lrp4, bekannt als Agrin Rezeptor, führt zur Aktivierung der muskelspezifischen Rezeptortyrosinkinase, MuSK. Diese Aktivierung von MuSK resultiert in der Phosphorylierung von spezifischen Tyrosinen im MuSK-eigenen intrazellulären Bereich. Dieser Prozess ist essentiell für alle bekannten Aspekte post- und präsynaptischer Differenzierung, inklusive der postsynaptischen Anreichung von Acetylcholinrezeptoren (AChR). MuSK knock-out Mäuse haben keine neuromuskulären Synapsen und sterben gleich nach der Geburt aufgrund respiratorischen Versagens. AChRs und andere synaptische Proteine befinden sich gleichmässig auf der Muskelfaser verteilt. Zusammengefasst sind Agrin und MuSK Schlüsselfiguren für die Entwicklung der neuromuskulären Synapse. Die Mechanismen, die die Expression, die Stabilität und die Lokalisierung von MuSK an der Muskeloberfläche, und damit den Signalweg von MuSK beeinflussen, sind noch nicht bekannt. Studien über andere Rezeptortyrosinkinase (RTKs) haben gezeigt, dass die Endozytose von Zelloberflächenrezeptoren die Signalwege beeinussen können. Die Aktivierung von RTKs führt zur Aktivierung von intrazellulären Signalwegen, die wichtig für verschiedene Zellprozesse sind, wie zum Beispiel die Proliferation, Differenzierung, die Migration und das Überleben der Zellen. Liganden-induzierte Rezeptorendozytose ist für die Weitergabe und Spezialisierung von Signalen notwendig. Somit, besteht ein enger Zusammenhang zwischen Endozytose und Signalübertragung. Im Muskel sind endosomale Kompartimente reichlich unter der NMS exprimiert und daher wird die Endozytose als sehr wichtig bei der Kontrolle der postsynaptischen Rezeptordichte angesehen. Diese Diplomarbeit hatte zum Ziel MuSK Endozytose und deren Einfluss auf Agrininduziertes AChR Clustering zu untersuchen. Mittels der Blockierung von Dynamin Funktion, könnte ich zeigen, dass die MuSK Endozytose in HeLa Zellen stark beeinträchtigt wurde. Dies impliziert, dass Dynamin2 eine wichtige Rolle in der MuSK Endozytose spielt. Dynasore, ein chemischer Inhibitor von Dynamin, reduzierte das Agrin-induzierte AChR Clustering in Muskelzellen. Dies bekräftigt, dass die Dynaminabh ängige MuSK Endozytose eine wichtige Rolle bei der Aktivierung der MuSK-spezifischen Signalwege spielt. Dynasore erwies sich als wichtiges Werkzeug bei der Blockierung von Dynamin-abhängiger Endocytose und half daher bei der Untersuchung von MuSK Endozytose und ihren Einfluss auf die Agrin-MuSK Signalwirkung. In weiteren Experimenten wurde eine Muskelzelllinie erzeugt, die getaggtes MuSK exprimiert. Die Generierung dieser Muskelzelllinie eröffnet Möglichkeiten bei der Untersuchung von MuSK Endozytose in Muskelzellen. So kann man MuSK in lebenden Zellen markieren und dessen Wanderung in Zellen beobachten. Dadurch konnte ich mögliche Co-Lokalisationen zwischen MuSK und spezifischen endozytischen Kompartimenten visualisieren.

Abstract

(Englisch)

The innervation of skeletal muscle by motor neurons leads to the formation of neuromuscular synapses (NMSs). Agrin, a nerve-derived protein, together with Lrp4 known as the agrin receptor, leads to the activation of muscle-specific receptor tyrosine kinase MuSK. Phosphorylation of several tyrosine residues in the MuSK intracellular domain is essential for all known aspects of postsynaptic and presynaptic differentiation, including the postsynaptic clustering of acetylcholine receptors (AChRs). MuSK knock-out mice fail to form NMSs, die shortly after birth due to respiratory failure and their AChRs and other synaptic proteins are uniformly expressed along the muscle fibers. Taken together, agrin and MuSK are the key players at developing NMSs that initiate pre and post-synaptic differentiation. Mechanisms that regulate surface MuSK expression, stability, localization and consequently influence MuSK signaling pathways are as yet unresolved. Studies on other receptor tyrosine kinases (RTKs) have shown that endocytosis and trafficking of cell surface receptors can modulate signaling pathways. Activation of RTKs leads to the induction and specification of intracellular signaling pathways which are important for cellular behavior like proliferation, differentiation, motility and survival. These findings demonstrate that receptor trafficking and signaling are closely linked. In the muscle, endosomal compartments are highly concentrated beneath the NMSs and endocytosis is considered to be of particular importance in the control of postsynaptic receptor density. This study aimed to better characterize MuSK endocytosis and its influence on agrin induced AChR clustering. By blocking dynamin function I could show that MuSK endocytosis is severely affected in HeLa cells, indicating a role for dynamin in MuSK endocytosis. The dynamin inhibitor, dynasore significantly reduced agrin-induced AChR clustering in muscle cells, which supports the idea that dynamin-dependent MuSK endocytosis might be important for agrin-MuSK signaling at the NMS. Dynasore, proved to be a powerful tool in blocking dynamin dependent endocytosis and studying MuSK endocytosis and its influence on agrin-MuSK signaling. Another tool in studying MuSK trafficking in muscle cells was the production of a muscle cell line that expresses a tagged MuSK. This allows the labelling of MuSK in living cells and the visualisation of trafficking processes. This cell line will allow a better characterization of MuSK endocytosis in muscle cells.

Autor*innen

Cristina Melinte

Haupttitel (Englisch)

Characterisation of MuSK endocytosis at the neuromuscular synapse

Paralleltitel (Deutsch)

Charakterisierung von MuSK Endozytose an der neuromusculären Synapse

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

75 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Axel Schmid

Klassifikation

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.99 Naturwissenschaften allgemein: Sonstiges

AC Nummer

AC08030653

Utheses ID

4391

Studienkennzahl

UA | 439 | | |

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